[发明专利]一种神经元电路演化设计方法

权利要求书

1.一种神经元电路演化设计方法，其特征在于：

建立神经元细胞膜离子通道模拟电路，所述电路包括一个电流源、一个电容C_m、一个电阻R_L以及一个演示子电路，所述电流源与所述电容C_m连接，所述电流源的一端接地，所述电容C_m的一端与所述电阻R_L的一端连接，所述电容C_m的另一端与所述电阻R_L的另一端连接，所述电容C_m的两端连接所述演示子电路，所述电容C_m与所述演示子电路的两个连接点分别使用0和1来表示，所述电流源用以对所述电容C_m充电，所述电容C_m用以表示神经元细胞膜的等效电容，所述电阻R_L用以表示细胞膜上泄漏电流离子通道的等效电阻，所述演示子电路用以模拟神经元细胞膜离子通道的等效电路；

模拟神经元细胞膜离子通道等效电路的方法包括：

根据演化硬件对电子元器件进行染色体编码，所述染色体编码包括：将电子元器件的类型作为基因的首段；

将该电子元器件的参数作为基因的中段；

将该电子元器件的端口数量连接端作为基因的尾段；

其中，首段、中段和尾段构成一个完整的基因单体，多个基因单体相连构成一个染色体，不同数量的基因单体，组成不同长度的染色体，生成N组候选电路，其中候选电路即为染色体；

其中，基因的首段即电子元器件的类型都与一个唯一的数字标识符关联，电子元器件分别根据表1中的器件参数随机生成一个基因单体；

表1：

解码染色体，将解码后的每组染色体放入演化子电路中，生成神经元离子通道等效电路的网表文件；

利用电路仿真软件对网表文件进行模拟，并输出波形数据；

利用适应度函数对每个染色体进行适应度评估，按照适应度由高到低排序选择出N/2组染色体，并将该N/2组染色体保存为当代最佳染色体组；

判断当代最佳染色体组中适应度最高的单个染色体的适应度是否达到期望值或演化代数是否达到预设值，若是，则演化结束，若否，则将当代最佳染色体组进行变异操作；

将变异后的当代最佳染色体组和当代最佳染色体组重新放入演化子电路中，进行下一次迭代。

2.根据权利要求1所述的神经元电路演化设计方法，其特征在于：

其中，适应度评估包括：

在电路仿真软件中以1nA的步进电流对每个候选电路进行输入激励，并记录模拟膜电压时间序列V_C(ti)，电路仿真数据以0.1ms的分辨率记录100ms，并将这1000个时间点中的每一个模拟膜电压时间序列V_C(ti)与相应的目标时间序列V_N(ti)进行比较，然后将适应度定义为每个时间点的绝对差之和的倒数，如下式所示：

为了减少仅因电压偏移或缩放引起的拟合误差，将比较中涉及的两个膜电压时间序列均标准化为0-1范围。

3.根据权利要求2所述的神经元电路演化设计方法，其特征在于：

其中，变异操作包括：

在当代最佳染色体组中的候选电路内随机选择一个电子器件，并将不同的突变应用于该电子元器件，其中，突变包括参数更改、类型更改、不同类型电子元器件的并行添加、不同类型电子元器件的串行添加、电子元器件删除、接地设置、替换以及添加电子元器件。