求解两类线性问题的神经网络

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变分不等式与互补问题具有广泛的应用背景,一直是优化领域中的重要研究课题.变分不等式问题广泛地出现在信号和图像处理、系统识别、滤波设计、自动控制、经济科学、运输科学、运筹学、非线性分析等领域,并且数学、物理和工程领域的许多问题都可以转化为它.作为变分不等式问题的特殊形势,互补问题广泛地应用于工程物理、经济与交通平衡等领域,特别地,约束优化问题的最优化条件也常为一互补问题,因此得到了广泛的研究. 在许多实际应用中,变分不等式与互补问题往往要求实时求解,然而传统的数值迭代方法,由于计算时间依赖问题的规模、结构以及所采用的算法,因而很难满足实时性的要求.基于电路实现的人工智能神经网络是处理高维、稠密结构问题的一个可行方法.由于内在的动态本质和电路实现的潜在能力,神经网络能够采用集成电路等硬件来实现.因此,神经网络比传统的优化算法能更快的求解优化问题,并且建立神经网络来实时求解优化问题具有实际意义. 本文研究了一类线性变分不等式问题以及水平线性互补问题.根据文中问题解的特点,分别给出了求解它们的神经网络模型,建立了网络模型的平衡点与原问题的解之间的关系,严格证明了这些网络的稳定性与收敛性,特别是指数稳定性.数值实验还表明这些网络不仅可行,而且有效. 全文共分三部分. 第一部分简述了变分不等式与线性互补问题的意义及其研究现状,以及神经网络的基本特征、研究进展和相关的基本理论知识,并概括了本文的主要工作. 第二部分考虑了一类线性变分不等式问题,提出了求解它的一个射影神经网络,运用Lyapunov稳定性理论、射影理论和LaSalle不变原理,构造恰当的能量函数,给出了确保该模型稳定和有限时间收敛的三个充分条件,并在适当的条件下,证明了该模型的指数稳定性.该模型结构简单,易于硬件实现,可用来求解非单调的问题. 第三部分根据水平线性互补问题的内在特点,通过构造新的向量,给出了实时求解水平线性互补问题的具有单层结构的神经网络,并且建立了网络平衡点与原问题解之间的关系.最后运用Lyapunov稳定性理论,严格证明了网络的稳定性和收敛性,以及在适当的条件下的指数稳定性.与已有模型相比,该模型复杂性较低,规模仅是原问题的一半,有限时间收敛并且可求解非单调的互补问题. 因此,该模型适合硬件实现.
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