人工內(nèi)分泌系統(tǒng)新機制及應用研究.pdf

1、自然計算研究從自然界的信息組織與處理過程中提取出計算方法與模型，用于解決傳統(tǒng)計算方法難以解決的計算問題。自然計算已經(jīng)成為人工智能研究的一個重要方向，而從人體中提取計算方法則是自然計算領(lǐng)域的重要研究方向。人體內(nèi)的信息控制系統(tǒng)主要包括神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、遺傳系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)。這些控制系統(tǒng)體現(xiàn)了高度的智能性和自適應性，蘊含著豐富的有啟發(fā)性的信息處理機制。
　　 在人體的四個主要控制系統(tǒng)中，內(nèi)分泌系統(tǒng)對人體的生長發(fā)育、新陳代謝等功能起到

2、重要的調(diào)節(jié)作用。內(nèi)分泌系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)緊密聯(lián)系、相互合作，一起維持著機體的內(nèi)平衡。內(nèi)分泌系統(tǒng)通過一種稱為激素的物質(zhì)對機體進行調(diào)節(jié)，激素擴散到全身，對機體進行分布式的調(diào)節(jié)。內(nèi)分泌系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)存在緊密的相互聯(lián)系，它們互相調(diào)節(jié)互相作用。神經(jīng)系統(tǒng)通過神經(jīng)內(nèi)分泌細胞調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)的活動；內(nèi)分泌系統(tǒng)則通過激素調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的活動。內(nèi)分泌系統(tǒng)分泌的一些激素可以影響人的情感，從高層對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行調(diào)節(jié)。神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)共同組成一個負反饋調(diào)節(jié)系

3、統(tǒng)，維持機體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。內(nèi)分泌系統(tǒng)內(nèi)部存在著復雜的反饋調(diào)節(jié)關(guān)系，以保證其對機體的調(diào)節(jié)處于可控狀態(tài)。目前，對內(nèi)分泌系統(tǒng)生理機制的研究還不充分，很多內(nèi)分泌系統(tǒng)的信息作用機制仍未得到充分理解。由此可見，人體的內(nèi)分泌系統(tǒng)蘊含豐富的信息處理機制，可以給自然計算研究帶來新的啟發(fā)，是自然計算的重要研究方向。受內(nèi)分泌系統(tǒng)啟發(fā)提出的自然計算模型稱為人工內(nèi)分泌系統(tǒng)。目前，對內(nèi)分泌系統(tǒng)生理機制的建模已經(jīng)蓬勃開展，但是該領(lǐng)域的研究仍不充分，應用研究還不夠廣泛

4、。本文以人工內(nèi)分泌系統(tǒng)為主要研究對象，針對目前人工內(nèi)分泌系統(tǒng)研究的不足之處，努力挖掘出內(nèi)分泌系統(tǒng)蘊含的信息處理機制，為自然計算研究帶來新的啟發(fā)。
　　 本文主要從以下四個方面展開工作：
　　 1.通過研究人體內(nèi)分泌系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)的相互作用機制，努力挖掘兩者之間的相互調(diào)節(jié)關(guān)系，對現(xiàn)有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行改進。
　　 在對機體的調(diào)節(jié)過程中，內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)存在緊密的相互作用關(guān)系，兩者合作共同對機體進行調(diào)節(jié)。神經(jīng)系

5、統(tǒng)通過神經(jīng)內(nèi)分泌細胞調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)的活動。內(nèi)分泌系統(tǒng)分泌的激素可調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性，并可從高層影響神經(jīng)系統(tǒng)的活動。兩者的相互作用機制非常復雜，蘊含豐富的信息處理機制，并體現(xiàn)出一定的自適應、自組織、自學習的特點。因此，神經(jīng)系統(tǒng)與內(nèi)分泌系統(tǒng)相互作用的機制值得深入研究。本文在對神經(jīng)系統(tǒng)與內(nèi)分泌系統(tǒng)相互作用的生理機制進行深入研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新的利用人工內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)節(jié)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工神經(jīng)內(nèi)分泌模型。相比傳統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該模型可以使人工

6、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)適應環(huán)境變化。
　　 2.研究人體內(nèi)分泌系統(tǒng)在調(diào)節(jié)機體維持內(nèi)穩(wěn)態(tài)中的作用，在其作用機制的啟發(fā)下，提出協(xié)助保持控制系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)的人工內(nèi)分泌模型。
　　 內(nèi)分泌系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)一起相互合作對機體進行調(diào)節(jié)，其最重要的功能之一就是維持機體的內(nèi)平衡。人體的內(nèi)平衡對機體的正常工作具有重要意義，是維持人體生命的基本條件之一。內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)一起組成一個負反饋系統(tǒng)，調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)的活動，保持人體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。神經(jīng)系統(tǒng)也

7、可以從高層感知外界環(huán)境變化，調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)的活動，維持機體的內(nèi)平衡。受該機制啟發(fā)，本文提出了協(xié)助保持系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)的人工內(nèi)分泌控制模型。該模型可以協(xié)助保持控制系統(tǒng)的狀態(tài)處于一個相對穩(wěn)定和平衡的狀態(tài)，從而更好地起到控制作用。
　　 3.研究激素在細胞間擴散的機制，在該機制的啟發(fā)下，本文提出一種應用于多機器人系統(tǒng)運動控制的模型。
　　 研究內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)相互調(diào)節(jié)相互作用的機制是從宏觀角度對內(nèi)分泌系統(tǒng)的信息處理機制進行

8、研究。而從微觀角度研究，內(nèi)分泌系統(tǒng)對機體的調(diào)節(jié)是通過激素以分布式的方式進行的。激素由內(nèi)分泌腺體分泌，經(jīng)多種傳播方式擴散到機體各處，對機體進行分布式的調(diào)節(jié)。激素在機體中的傳播受激素的濃度、種類等多種因素影響。由于激素傳播過程固有的分布性，研究該過程中的信息傳遞與控制機制，可以給多機器人系統(tǒng)等分布式系統(tǒng)帶來新的啟發(fā)。基于激素在細胞間傳遞的生理機制，本文提出了應用于多機器人系統(tǒng)運動控制的分布式人工內(nèi)分泌模型。相比傳統(tǒng)類似模型，該模型具有計算量

9、較少、通用性強等優(yōu)點。
　　 4.在激素傳播與作用機制的啟發(fā)下，研究應用于多機器人系統(tǒng)協(xié)同定位問題中的新算法。
　　 激素由內(nèi)分泌細胞分泌后，擴散到全身，對機體進行分布式的調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)過程帶有固有的分布式特性。激素的傳播過程和作用方式具有很多經(jīng)典分布式系統(tǒng)信息傳播方式不具有的獨特特點，但內(nèi)分泌系統(tǒng)仍可通過激素對機體進行高效的調(diào)節(jié)。激素的這些傳播特性值得深入研究，以給傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)中的信息傳播方式帶來新的啟發(fā)。在激素的生理

10、特性的啟發(fā)下，本文提出了應用于多機器人系統(tǒng)協(xié)同定位問題的人工內(nèi)分泌模型。相比于傳統(tǒng)協(xié)同定位算法，該模型可以有效提高多機器人系統(tǒng)協(xié)同定位的準確性。
　　 本文在對內(nèi)分泌系統(tǒng)生理機制深入研究的基礎(chǔ)上，對內(nèi)分泌系統(tǒng)的不同部分進行了深入的分析和建模?；趦?nèi)分泌系統(tǒng)不同部分蘊含的有啟發(fā)性的信息處理機制，本文對傳統(tǒng)自然計算模型進行了改進或提出了新的自然計算模型。本文對提出的自然計算模型進行了實驗驗證，實驗結(jié)果證實了本文提出的自然計算模型的有