[發明專利]一種離散時間動態反饋輔助winner-take-all競爭方法

在審

• 申請號: 201910061856.2
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109543813A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 巫光福;周歡;廖列法;李帥
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00
• 代理公司: 溫州知遠專利代理事務所(特殊普通合伙) 33262
• 代理人: 湯時達

1.一種離散時間動態反饋輔助winner-take-all競爭方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)多代理動態系統中的代理形成一個矩陣類型的狀態空間，其初始值是隨機產生的，對應于各代理的輸入也是隨機生成的。即多代理矩陣x₁和x₂分別代表代理的第一個和第二個狀態矩陣，輸入矩陣u代表對應于狀態矩陣中所有代理的輸入，即其中i＝1,2,…,m；j＝1,2,…n代表一個m*n的代理矩陣，表示其狀態值，輸入同樣是一個m*n的矩陣，是對應于代理矩陣的輸入矩陣，通過輸入與第二狀態的初始值可以生成對應第一個狀態的矩陣x₁；

(2)基于步驟(1)的生成的對應于一個狀態的矩陣x₁，各個代理通過除以整個矩陣的范數可以計算出在下一次迭代中x₂的狀態矩陣，然后作為步驟(1)中的x₂繼續參與下一次的迭代。

(3)基于步驟(2)的結果，把m*n代理中狀態二的值作為迭代結果輸出，隨著迭代次數的增加，最終只有一個對應于最大輸入的代理保持激活狀態，其它所有代理被抑制。

2.根據權利要求1所述的一種離散時間動態反饋輔助winner-take-all競爭方法，其特征在于，所述步驟(1)中其中的多代理狀態空間x和輸入空間u都是矩陣類型的，與單一的向量空間相比可以用于處理更復雜的情況。其具體實現方法如下所示：

定義兩個狀態變量x_1ij,x_2ij和一個輸入變量u_ij,其中x_1ij和x_2ij分別代表第一與第二個狀態變量，u_ij代表輸入變量，則步驟(1)可以描述成如下形式：

x_1ij(t+1)＝u_ijx_2ij(t)

其中t代表時刻，其中代表輸入，對于不同的ij,輸入u是不相同的，即輸入矩陣u的每個值都是不同的，x_1ij(t)和x_2ij(t)分別代表在t時刻的第i行j列的代理的第一個和第二個狀態值。

3.根據權利要求2所述的一種離散時間動態反饋輔助winner-take-all競爭方法，其特征在于，所述步驟(2)所設計的算法是基于p范數的規范化操作，使得該差分方程的迭代變成了非線性的動態方程，有利于多種范數情況下的對比操作并且可以使得系統可以適應于不同的復雜情況，其具體實現過程為：

x_1ij(t+1)＝u_ijx_2ij(t),

f_ij(t+1)＝x_2ij(t+1),

其中第一個公式對應于步驟(1)中的內容，在步驟(2)中我們把步驟(1)中生成的t時刻的第一個狀態值做除以它所在狀態空間的范數得到的值作為對應的第二個狀態值，其中代表x₁在t時刻的狀態空間的p范數，用狀態空間中的某個代理的值除以該狀態空間的p范數作為步驟(1)中的第二個狀態值繼續迭代,f_ij(t)代表該動態系統對應的第i行j列代理在t時刻的輸出。

把上述方程通過疊加所有的狀態寫成緊湊型的如下形式：

f(t+1)＝x₂(t+1),

其中兩個矩陣分別代表在t時刻的第一個和第二個狀態空間矩陣，輸入矩陣，‖x₁(t+1)‖_p依舊是x₁的p范數，f代表在t時刻的輸出矩陣，整個方程不斷迭代構成一個離散時間的動態反饋模型。其中的矩陣形式定義成如下形式：

其中的代表hadamard product(哈達馬積)，即矩陣按位相乘。

4.根據權利要求3所述的一種離散時間動態反饋輔助winner-take-all競爭方法，其特征在于，所述步驟(2)f記錄每一個時刻所有代理的輸出值，即等于代理在第二個狀態的值，即作為該動態系統的在每個時刻的輸出，隨著迭代次數的增加，即可以看到winner-take-all競爭現象的產生，即只有對應于最大的輸入的代理最終保持激活狀態而其它所有的代理最終都是被抑制。