1.基于忆阻神经网络搭建时空混沌伪随机比特发生器的方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、将类突触仿生特性的离散忆阻器与混沌Rulkov神经元自耦合,构建忆阻Rulkov神经元,再将该忆阻Rulkov神经元与电突触以环星拓扑结构互耦合,实现类脑功能的大规模神经网络;
S11、制作含sigmoid忆导函数的离散忆阻器模型,其数学表达式如下:
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其中,电流in、电压vn和磁通φn分别表示第n次迭代的离散值,磁通φn+1表示第n+1次迭代的离散值,参数δ表征了在有限时间内产生感应电动势的时间尺度因子,其取决于介质的性质,忆导W(φn)为sigmoid激活函数;
S12、忆阻器电流能够模拟突触中发生的磁感应电流,并将提出的离散忆阻器与混沌Rulkov神经元模型耦合,构建忆阻Rulkov神经元模型,其数学表达式如下:
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其中,xn为忆阻Rulkov神经元模型的动作电位和φn为忆阻器的内部磁通量,将忆阻器输出电流in在耦合磁感应强度ɛ后引入忆阻Rulkov神经元的第一个方程,支配着忆阻器的动作电位xn产生的感应电流,α , β 和 γ 是忆阻神经元的控制参数,其中α = ‑8, β = γ = 1;
S13、将忆阻Rulkov神经元与电突触以环星拓扑结构互耦合,实现类脑功能的忆阻Rulkov星环神经网络模型,其数学表达式如下:
中心神经元i = 1的动力学方程为:
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满足以下边界条件:
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其中,中心神经元标记为i = 1,外围神经元标记为i = 2, ..., N, 神经元之间通过电突触双向连接,从中心神经元到外围神经元的星耦合强度用u表示,外围神经元之间的环耦合强度由η给出,每个外围神经元通过公共环耦合强度η与其周围对称设置的2R个神经元进行非局部信息交换,x1, y1和φ 1是中心忆阻神经元的状态变量, xi, yi和φi是外围忆阻神经元的状态变量, m是迭代步长, u是星耦合强度, η是环耦合强度;
S2、通过FPGA数字硬件平台实现忆阻Rulkov神经元和忆阻Rulkov星环神经网络;
S21、FPGA数字硬件平台包括FPGA核心处理模块、DAC转换器和示波器显示模块,FPGA核心处理模块包含忆阻Rulkov神经元和忆阻Rulkov星环神经网络的Verilog算法、浮点数转十进制定点数转换器模块和DA转换模块,根据步骤S1忆阻Rulkov星环神经网络的处理的动力学方程编写Verilog算法代码;
S22、通过Xilinx ISE和Modelsim软件进行联合仿真,在确保仿真分析无误后,将生成的bit文件烧录到FPGA芯片中;
S23、基于FPGA数字硬件平台,使用数字示波器捕捉相图、放电波形和突触快照;
S3、基于忆阻Rulkov星环神经网络搭建时空混沌伪随机比特发生器,搭建出的时空混沌伪随机比特发生器能生成具备高度复杂性和随机性的任意比特伪随机序列;
S31、构造忆阻Rulkov星环神经网络,包含N = 100忆阻Rulkov神经元,设置R = 20,迭代M = 100000次并舍弃初始值,生成的初级序列为 ,i =1, 2, ..., N+R,满足;
S32、将忆阻Rulkov神经元的动作电位减去邻近忆阻Rulkov神经元的动作电位,得到新的动作电位Zi:;
S33、将序列Z1, Z2, ... , ZN合并成新序列 , wj是新序列W的任意元素值;
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其中j = 1, 2, ..., M,
S34、量化序列W, 生成随机序列 ,其中P是时空混沌伪随机序列,pk是随机序列P中的元素;
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其中k = 1, 2, ..., NM, dec2bin (∙)是十进制转二进制函数, 是不大于x的最大整数,mod是求余函数。