基于三维场计算和多值逻辑的模拟计算研究

本课题的研究是由模拟场计算、多值逻辑和群智能方法三者共同构成的新型计算系统。以基于模拟场计算和多值逻辑的新型模拟计算模型uEAC为研究对象。在uEAC二维模拟场计算假设的先期研究基础上，本课题通过建立基于三维模拟场的uEAC的计算模型，分别对三维模拟场的物理和数学模型、导电介质各异性和多值逻辑等内容展开研究，突破了原有二维假设的局限性，为uEAC的研究和开发供了重要的基础。进一步开发了在模拟场分别为二维和三维情况下的模拟计算机的原型电路和仿真模型，以及辅助开发的软件环境，以便于在采用uEAC求解典型问题的过程中结合群智能等优化方法，完成对uEAC应用的优化设计。通过对"模拟场计算+多值逻辑"模拟计算机结构的认知模型研究，结合复杂科学和认知科学的理论框架，更深层次的探索模拟计算的演化规律和基于群智能认知模型的智能本质，从而对模拟计算机和群智能方法涌现性行为进行分析和解释。

本课题所研究的由场计算、多值逻辑和群智能优化方法三者共同构成的模拟场计算模型是一种新型的非传统计算系统。课题以基于电场的模拟场计算基本模型“微扩展模拟计算机uEAC”作为研究对象，深入研究了单个uEAC单元和多uEAC阵列的计算模型、特性分析和应用、优化设计方法等，提出了基于磁场的场计算MFC模型，分别开发了多种仿真器和uEAC软硬件系统。主要完成了：.基于导电薄膜的电阻特性，建立了单个标准uEAC单元的数学模型,并分析了其非线性分类器的对称性、平移特性和斜率不变性等特点和局限性。进而提出了4种uEAC单元输出反馈模型的改进形式。.结合智能优化方法，对标准uEAC单元和具有输出反馈的uEAC单元在求解二值异或和三值异或等典型模式分类问题分别在仿真器和实际电路上进行了实验，验证了其有效性。进一步，提出了基于梯度的优化方法，来对uEAC优化设计，从而构建自适应uEAC单元控制器。.在设计“uEAC+PSO”的应用优化设计结构的同时，对uEAC设计中的主要优化方法进行了研究。深入的分析了粒子群优化方法的算法模型，完成了标准PSO算法的马尔科夫链分析，证明了PSO不具有全局收敛性。.针对单个uEAC单元的局限性，提出了uEAC直接级联和uEAC相乘级联两种前向多uEAC阵列级联模型。对两种前向模型的映射特性进行了分析，对UCI测试数据集进行了分类实验，以及作为自适应控制器进行了实验验证。.为提高多uEAC阵列性能，分别研究了静态和动态多uEAC反馈阵列。通过优化设计静态多uEAC反馈阵列的参数，设计完成了其自适应控制实验。进而,提出了基于PSO的对动态多uEAC反馈阵列拓扑结构和阻值矩阵的综合优化方法。由此设计的uEAC阵列具有特殊的拓扑结构和强大的计算能力，对某导引头伺服系统控制器的仿真实验，验证了其有效性。.针对导电薄膜材料电阻特性模型的局限性，提出了MFC模型，建立了其数学模型和有限元模型，并证明MFC为一个二次分类器。通过UCI测试数据集验证了其性能的优越性，以及在较少训练样本条件下，能达到较高分类准确度的特点。.基于Pspice、Ansys和Matlab等软件平台，采用Perl，C#，Java和M语言等程序设计语言，设计了uEAC单元、uEAC阵列和MFC模型仿真器。完成了uEAC单元原型电路的系统构建、软硬件设计、系统测试，导电薄膜性能测试等工作。