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专利号: 2023114100593
申请人: 成都信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于模糊学习的量子度量学习方法,其特征在于,包括以下步骤:获取输入特征转换为模糊集合;

通过模糊组件处理模糊集合中的不确定性特征;

所述模糊组件包括模糊层、不确定性度量层和信息融合层;

所述模糊层用于将输入特征转换为高斯隶属函数描述的模糊集合;

所述不确定性度量层用于量化特征的模糊度与不确定性之间的固有关系;

所述信息融合层用于整合原始特征和模糊信息,以减少数据中的不确定信息;

将整合后的信息作为量子特征映射的输入进行量子度量学习;

将整合后的信息作为量子特征映射的输入进行量子度量学习具体步骤包括:使用 个输入的场景的量子特征映射线路;

该量子特征映射线路由 个可训练层组成;

在每个可训练层中,首先使用 门对输入特征进行编码;

然后,在每对相邻量子比特之间施加可训练的ZZ纠缠;

在这种策略中,每个量子比特都与其相邻的量子比特纠缠,首尾比特也形成闭环;

接着,对每个量子比特施加一个带有可训练参数 旋转门;

在完成所有 个可训练层后,再次用 门对原始输入特征进行编码;

针对量子度量学习的训练过程具体包括以下步骤:输入数据:包含训练数据集 ,所述量子特征映射 ,训练周期数 ,批次大小 ,学习率 和优化器 ;

训练数据集 包含 对数据 ,其中 是输入数据, 是其对应的标签,所述量子特征映射 ,它将输入数据 映射到量子域;

映射的具体形式和参数由 和 确定;

训练周期数 用于确定整个训练集的遍历次数;

批次大小 用于确定次迭代或更新时从训练数据集中抽取的样本数量;

学习率 用于控制模型参数更新的步长;

优化器 用于根据计算的代价函数来更新模型参数;

初始化过程:对量子特征映射中的参数进行初始化,初始化包括以下两个步骤:参数的随机初始化:首先,为 赋予随机的初值,确保模型从多样化的状态开始学习;

使用K‑means方法初始化 和 :利用K‑means方法在训练数据集 上进行聚类,以此来为 和 赋予初值,进行参数的初始化,以匹配训练数据的分布;

参数更新过程:完成了输入数据的定义和参数的初始化之后,进行模型的核心训练过程,模型的核心训练过程具体包括对参数的更新,参数更新达到预设的停止标准后,完成量子度量学习的训练;

所述模型的核心训练过程参数的更新具体包括以下步骤:批次数据生成:在每个训练周期 中,按照预设的批次大小 从训练数据集中随机选取一个子集 ;

模糊度与不确定度的计算:对于子集 中的每个输入,分别通过所述模糊层和不确定性度量层计算其模糊度 以及不确定度 ;

量子特征映射的输入计算:基于所述模糊度 与不确定度 ,根据所述信息融合层为子集中的每个输入计算量子特征映射的输入值;

代价函数的计算:根据当前批次子集 以及模型参数 和 ,计算代价函数的值;

模型参数更新:使用预设的优化器及学习率,根据计算出的代价函数更新模型参数;

代价函数的计算如下:

其中 代表数据的总类别, 表示第 个类别量子态;代价函数的目的是最大化不同类别间量子状态在希尔伯特空间中的距离;

其中, 为惩罚系数,用于增强由量子特征映射在希尔伯特空间中对不同类别的分离,用于通过代价函数 鼓励不同类别之间的状态有更大的距离,并确保每个类别内的状态更加紧密。

2.根据权利要求1所述的一种基于模糊学习的量子度量学习方法,其特征在于,将输入特征转换为高斯隶属函数描述的模糊集合具体步骤包括:对于任何输入特征向量 ,每个特征 被映射到一个模糊集合,将其转换为一个模糊区域;

将“非常差”、“差”、“中等”、“好”和“非常好”五个语言值,分别对应{0,0.25,0.5,0.75,

1.0},建立评估标准;

隶属函数定义为:

其中 表示输出的模糊度, 和 分别表示高斯隶属度函数的中心和宽度参数,和 根据输入数据的聚类结果确定,并通过神经网络进行训练;

是为对应的固定中心值{0,0.25,0.5,0.75,1.0};

通过每个输入变量等分为五个区间,使每个区间对应一个语言描述的高斯模糊隶属函数,将输入空间转换为语言可解释的模糊区域。

3.根据权利要求2所述的一种基于模糊学习的量子度量学习方法,其特征在于,还包括通过公式归一化模糊度:;

通过“OR”模糊逻辑运算计算特征在不同类别下的模糊特征表示,用于保留重要信息的同时抑制无关特征;

具体计算公式如下:

其中, 表示第 个特征在所有类别中的最大模糊度,对应于使得 达到最大值的类别。

4.根据权利要求1所述的一种基于模糊学习的量子度量学习方法,其特征在于,量化模糊度与不确定性之间的固有关系的步骤具体包括:当一个特征的模糊度 接近0或1时,该特征明确地不属于或完全属于一个类别,不确定性较低;

当接近0.5的模糊度表示更高的不确定性,该特征同时属于多个类别;

通过以下公式为每个特征量化不确定性 :。

5.根据权利要求1所述的一种基于模糊学习的量子度量学习方法,其特征在于,所述信息融合层整合原始特征和模糊信息的步骤包括:将每个特征的所述的模糊度 与不确定性度 与相应输入特征 进行融合,如下所示:;

其中 表示在量子线路中第 层应该嵌入的第 个输入变量。

6.根据权利要求1所述的一种基于模糊学习的量子度量学习方法,其特征在于,还包括通过更新模型的参数优化代价函数;

参数分为两类:量子电路参数和经典参数;

量子电路参数梯度通过有限差分或参数位移规则获得;

经典参数,即模糊组件中的高斯参数 和 ,梯度通过经典的反向传播方法计算得到;

计算出梯度后,使用预先设定的优化器和学习率来进行参数更新,通过多次迭代,直到达到预设的停止标准。

7.一种装置,包括:

一个或多个经典处理器;以及一个或多个量子计算设备,其与所述一个或多个经典处理器进行数据通信,其中,所述量子计算设备包括:一个或多个量子位寄存器,每个量子位寄存器包括一个或多个量子位,以及多个控制设备,其被配置成操作一个或多个量子位寄存器;

其中,所述装置被配置为执行权利要求1至6中任一项的方法。