Динамика сети дискретных модельных нейронов при контролируемом обучении системы резервуарных вычислений

Цель настоящей работы состоит в построении системы резервуарных вычислений, которая содержит сеть модельных нейронов с дискретным временем, и изучении характеристик системы при её обучении автономно генерировать гармонический целевой сигнал. Методы работы включают в себя подходы нелинейной динамики (анализ фазового пространства в зависимости от параметров), машинного обучения (резервуарные вычисления, контролируемая минимизация ошибки) и компьютерного моделирования (реализация численного алгоритма, построение характеристик и диаграмм). Результаты. Построена система резервуарных вычислений на основе сети связанных дискретных модельных нейронов, показана возможность её контролируемого обучения генерации целевого сигнала с помощью метода контролируемой минимизации ошибки FORCE. Установлено, что с ростом размера сети среднеквадратичная ошибка обучения снижается. Исследованы динамические режимы, возникающие на уровне индивидуальной активности внутрирезервуарных нейронов на различных стадиях обучения. Показано, что в процессе обучения сеть-резервуар переходит из состояния пространственно-временного беспорядка в состояние, когда в сети-резервуаре существуют регулярные кластеры спайковой активности. Найдены оптимальные значения коэффициентов связи и параметров собственной динамики нейронов, соответствующие минимальной ошибке обучения. Заключение. В работе предложена новая система резервуарных вычислений, базовой единицей которой является дискретный модельный нейрон Курбажа-Некоркина. Преимущество сети, основанной на такой модели спайкового нейрона, заключается в том, что модель задается в виде точечного отображения, следовательно, нет необходимости производить операцию интегрирования. Предложенная система показала свою эффективность при обучении автономной генерации гармонической функции, а также для ряда других целевых функций.