Динамика изменения областей устойчивости дискретных моделей нейронных сетей типа small world при изменении числовых характеристик графа сети

Бесплатный доступ

В статье дано описание дискретных моделей нейронных сетей со связями типа small world с вероятностью перенаправления связей внутри сети p, изменяющейся от 0 до 1. При значении p = 0 получим модель регулярной нейронной сети. Регулярной нейронной сетью выступает кольцевая нейронная сеть, в которой каждый нейрон взаимодействует с несколькими соседями по кольцу. При значении p = 1 получим модель, нейроны которой случайным образом соединены с другими нейронами сети без образования изолированных нейронов. Рассматриваемые нейронные сети имеют широкое применение при моделировании различные нейронных структур в живых организмах, например, гипокамп мозга млекопитающих. В работе проведено исследование динамики изменения областей устойчивости рассматриваемых нейронных сетей в случае изменения вероятности перенаправления связей, коэффициента кластеризации и длины кратчайшего пути в среднем графа нейронной сети. В ходе численных экспериментов были построены области устойчивости исследуемых моделей нейронных сетей для различных параметров сети и сделан вывод об увеличении области устойчивости при одновременном уменьшении длины кратчайшего пути в среднем и коэффициента кластеризации графа сети.

Еще

Дискретные модели ваттса, устойчивость

Короткий адрес: https://sciup.org/147160641

IDR: 147160641   |   DOI: 10.14529/cmse180202

Список литературы Динамика изменения областей устойчивости дискретных моделей нейронных сетей типа small world при изменении числовых характеристик графа сети

  • Watts D., Strogatz S., Collective Dynamics of «Small-World» Networks//Nature. 1998. Vol. 393. P. 440-442.
  • Gray R.T., Fung C.K.C., Robinson P.A., Stability of Small-World Networks of Neural Populations//Neurocomputing. 2009. Vol. 72(7-9). P. 1565-1574 DOI: 10.1016/j.neucom.2008.09.006
  • Sinha S. Complexity vs Stability in Small-World Networks//Physica A. 2005. Vol. 346. P. 147-153 DOI: 10.1016/j.physa.2004.08.062
  • Hart M.G., Ypma R.J.F., Romero-Garcia R., Price S.J., Suckling J. Graph Theory Analysis of Complex Brain Networks: New Concepts in Brain Maping Aplied to Neurosurgery//Journal of Neurosurgery. 2016. Vol. 124, No. 6. P. 1665-1678 DOI: 10.3171/2015.4.jns142683
  • Jobst B.M., Hindriks R., Laufs H., Tagliazucchi E., Hahn G., Ponce-Alvarez A., Stevner A.B.A., Kringelbach M.L., Deco G. Increased Stability and Breakdown of Brain Effective Connectivity During Slow-Wave Sleep: Mechanistic Insights from Whole-Brain Computational Modelling//Scientific Reports. 2017. Vol. 5, No 7(1). P. 1-16 DOI: 10.1038/s41598-017-04522-x
  • Takesian A.E., Hensch T.K. Chapter 1 -Balancing Plasticity/Stability Across Brain Development//Progress in Brain Research. 2013. Vol. 207. P. 3-34 DOI: 10.1016/b978-0-444-63327-9.00001-1
  • Netoff T.I., Clewley R., Arno S., Keck T., John A. White Epilepsy in Small-World Networks//The Journal of Neuroscience. 2004. Vol. 24(37). P. 8075-8083 DOI: 10.1523/jneurosci.1509-04.2004
  • Arbib M.A., ´Erdi P., Szent´agothai J. Neural Organization: Structure, Function, and Dynamics. Cambridge. MA: MIT Press. 1998. 420 p.
  • Arbib M. The Handbook of Brain Theory and Neural Networks. Cambridge. MA: MIT Press. 2003. 1308 p.
  • Иванов С.А. Вычисление областей устойчивости дискретных моделей больших нейронных сетей типа small world//Вестник ЮУрГУ. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2016. Т. 5, № 3. С. 69-75 DOI: 10.14529/cmse160305
  • Ivanov S.A., Kipnis M.M. Stability Analysis Discrete-time Neural Networks with Delayed interactions: Torus, Ring, Grid, Line//International Journal of Pure and Aplied Math. 2012. Vol. 78(5). P. 691-709.
  • Ivanov S.A., Kipnis M.M., Medina R. On the Stability of the Cartesian Product of a Neural Ring and an Arbitrary Neural Network//Advances in Difference Equations. 2014. Vol. 2014. P. 1-7 DOI: 10.1186/1687-1847-2014-176
  • Kipnis M.M., Malygina V.V. The Stability Cone for a Matrix Delay Difference Equation//International Journal of Mathematics and Mathematical Sciences. 2011. Vol. 2011. P. 1-15 DOI: 10.1155/2011/860326
  • Ivanov S.A., Kipnis M.M., Malygina V.V. The Stability Cone for a Difference Matrix Equation with Two Delays//ISRN Aplied Math. 2011. Vol. 2011. P. 1-19 DOI: 10.5402/2011/910936
  • Блеес И.И., Иванов С.А. Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ «Small world graph generator» номер 2016662698 от 21.11.2016, правообладатель: ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ (НИУ)».
  • Ivanov S., Kipnis M. On the Stability of a Neural Network with Links Based on the Watts-Strogatz Model//International Journal of Pure and Applied Mathematics. 2015. Vol. 105, No. 3. P. 431-438 DOI: 10.12732/ijpam.v105i3.11
Еще
Статья научная