改进的张神经网络有限时间收敛时变线性方程组求解总结

本文根据《Improved Zhang neural network with finite-time convergence for time-varying linear system of equations solving 》做的总结。

该论文提出了一个改进的张神经网络(IZNN)有限时间收敛时变线性方程组求解,这种神经网络由一系列连续符号双功率(SBP)函数激活。

基于梯度神经网络(GNN)可以实时解决常数(静态、时不变)线性方程组问题。GNN是为求解静态(时不变)问题而设计的,一般不能用于求解时变问题。无限时间收敛;

原始张神经网络(OZNN)可以解决时变和时不变的矩阵问题,包括线性方程组问题。OZNN及其变体被视为第一个关于时变问题求解的系统研究。无限时间收敛;

新类型的张神经网络(NTZNN)采用一个signum激活函数数组,有限时间收敛;但由于signum函数是不连续函数,所以NTZNN合成的解可能在平衡点附近震荡一定程度。与之不同的是,我们提出IZNN产生的解能够很好的收敛到理论解,不震荡。

时变线性方程组问题公式:

OZNN(无限时间收敛)

  1. 构造一个向量值误差函数:

  2. 使e(t)向0接近:

k>0表示收敛参数,φ(·)表示激活函数,以下是OZNN的两种激活函数:

  ε≥2, p≥ 3

  1. 将(2)式求导代入

对于使用上述两个激活函数的OZNN模型,给出以下结果以保证其收敛性.

命题1.给定时变和可逆矩阵A(t),通过采用线性激活函数,无论初始条件x(0)∈Rn是什么,OZNN模型的神经状态x(t)∈Rn, 将指数(无限时间)收敛(收敛率为κ)到线性方程组(1)的理论解x *(t)= A-1(t)b(t)。 此外,如果采用power-Sigmoid激活功能,与线性情况相比可以实现优越的收敛性能。

 

NTZNN(有限时间收敛)

SGN(·):Rn→Rn是矢量值激活函数数组

命题2.给定时变和可逆矩阵A(t),无论初始条件x(0)∈Rn是什么,NTZNN模型(4)的神经状态x(t)∈Rn将收敛于理论解 x *(t)=在有限时间内的线性方程组(1)的A-1(t)b(t)。

IZNN

SBP代表矢量形式的非线性激活函数

参数q ∈ (0, 1)

 

定理1.给定时变和可逆矩阵A(t),无论初始条件x(0)∈Rn是什么,IZNN(6)的神经状态x(t)∈Rn将收敛到理论解x * (t)=有限时间内的线性方程组(1)的A-1(t)b(t)

其中e +(0)和e-(0)分别表示初始误差向量e(0)= A(0)x(0) - b(0)

的最大和最小项。

证明:鉴于e(t)= A(t)x(t)-b(t),我们有e˙(t)=A˙(t)x(t)+ A(t)x˙(t) - b˙(t)。 将e(t)和e˙(t)代入(6):

这说明e(t)在时间段之后收敛为0,

e-(t) 等于0,e-(t) 等于0

 e+(t)等于0, e+(t)等于0。

t+ f 、t- f 表示e+(t)、e−(t)的收敛时间

结论:

NTZNN(4)可以写成在不失一般性的情况下,假设ei(t)的初始值ei(0)大于零,即,ei(0) > 0.因此,上面的等式减少到:

这意味着ei(t)将以绝对速度κ向零值移动。因此,在某个时刻tc1,ei(tc1)= 0.根据sgn函数(5)的定义,ei(t)的速度(即˙ei(t))在瞬间TC1应为零。然而,考虑到˙ei(tc1 - 0)= - κ和ei(t)的惯性,这在模拟和实践中不会立即发生,这意味着ei(t)通过零值并继续沿着原始方向(即下降方向)持续一段时间,然后向后移回零值(鉴于此时间段内的ei(t)<0和˙ei(t)=κ> 0)。在另一时刻tc2,ei(tc2)= 0。出于同样的原因,ei(t)通过零值并继续移动(沿着增加的方向)。这种情况可能会持续数次,这表明NTZNN(4)产生的解决方案将在平衡点附近振荡一定程度。而对于IZNN(6),采用的sbp函数是连续的,因此不会发生上述振荡现象。

 

 

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转载自blog.csdn.net/weixin_42065630/article/details/84203446
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