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专利号: 2025118830081
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种适配高维输入的量子模糊神经网络,其特征在于,包括:输入层、量子模糊特征提取模块、DNN特征提取模块、自适应特征融合模块和分类器模块;

所述输入层,接收高维数据,输入至量子模糊特征提取模块及DNN特征提取模块;所述高维数据为高维图像数据,从现有图像数据集中提取;

所述量子模糊特征提取模块,包括:

振幅编码层:对输入的高维数据进行预处理及振幅编码,输出量子态;

正向增强型链式纠缠层:对量子态进行纠缠与调制,使量子态相位一致;

参数化量子层:为每个量子比特配置参数化门序列,进行量子态变换与测量;

反向增强型链式纠缠层:增强两比特关联稳定性,优化量子态;

量子测量与模糊集映射层:进行量子测量及全连接映射,输出动态维度的量子模糊特征;

所述DNN特征提取模块,输入高维数据,基于QA‑HFNN的CNN全连接网络,调整各层维度,提取高维神经特征,以适配匹配量子模糊特征;

所述自适应特征融合模块,接收量子模糊特征及高维神经特征,采用权重融合策略,动态分配量子模糊特征与经典神经特征的权重,得到融合特征;

所述分类器模块,对融合特征进行Softmax分类,输出类别概率,通过交叉熵损失优化模型参数。

2.根据权利要求1所述的适配高维输入的量子模糊神经网络,其特征在于,所述振幅编码层,对输入的高维数据进行预处理,包括归一化和补零优化:所述归一化,对展平后的高维输入数据进行绝对值归一化,以满足振幅编码的概率分布要求:;

其中, 、 分别为输入数据的第 、元素,维度 , 为第 元素的归一化值;

所述补零优化,计算最小量子比特数 ,将 补零至 维,得到,维度为 ,bsz为批次大小;

采用振幅编码器,将 映射为 个量子比特的量子态 :;

其中, 为 位二进制量子态。

3.根据权利要求2所述的适配高维输入的量子模糊神经网络,其特征在于,所述正向增强型链式纠缠层:针对 个量子比特,构建正向相邻对闭环纠缠及相位调制结构,进行正向纠缠对遍历,依次处理相邻量子比特对(0,1)、(1,2)、…、( , );

对于第 对相邻量子比特对( ),单对纠缠与调制方法如下:通过CNOT门,控制比特 ,目标比特为 ,建立两量子比特的初始纠缠;

通过Rz门,作用于目标比特 ,引入可训练相位参数 ,调制目标比特的量子相位,增强两比特关联的稳定性,初始值初始值服从 均匀分布,通过反向传播进行优化;

通过CNOT门,控制比特 ,目标比特为 ,形成纠缠‑调制‑解纠缠闭环,使量子态相位保持一致。

4.根据权利要求3所述的适配高维输入的量子模糊神经网络,其特征在于,所述参数化量子层,定义QLayer子模块,为每个量子比特配置Rz→Ry→Rz参数化门序列:进行单量子比特变换,对第 个量子比特,依次应用 、 、 ,其中, 、 、为可训练参数,初始值服从 均匀分布。

5.根据权利要求4所述的适配高维输入的量子模糊神经网络,其特征在于,所述反向增强型链式纠缠层,针对 个量子比特,构建反向相邻对闭环纠缠及相位调制结构,进行反向向纠缠对遍历,依次处理相邻量子比特对( )、( )、…、(1,0);

对于第 对相邻量子比特对( ),单对纠缠与调制方法如下:通过CNOT门,控制比特 ,目标比特为 ,建立两量子比特的初始纠缠;

通过Rz门,作用于目标比特 ,引入可训练相位参数 ,调制目标比特的量子相位,增强两比特关联的稳定性, 初始值服从 均匀分布,通过反向传播优化;

通过CNOT门,控制比特 ,目标比特为 ,形成纠缠‑调制‑解纠缠闭环,使量子态相位保持一致。

6.根据权利要求5所述的适配高维输入的量子模糊神经网络,其特征在于,所述量子测量与模糊集映射层中:量子测量采用Pauli‑Z门测量所有 个量子比特的期望值,输出数据 ,维度[bsz,n],取值范围[‑1,1];

全连接映射采用3层全连接网络,在每一层全连接之后采用批量归一化和 ReLU激活函数的组合,并在前两层后加入Dropout正则化,将 映射为 维量子模糊特征 ,通过Sigmoid激活将输出约束在[0,1]。

7.根据权利要求6所述的适配高维输入的量子模糊神经网络,其特征在于,所述DNN特征提取模块,基于QA‑HFNN模型的网络结构,仅适配维度以匹配量子模糊特征,通过若干卷积层和池化层后,经过展平层得到一维向量,再经过全连接层,适配量子模糊特征的维度,经过正则化处理,输出经典神经特征 。

8.根据权利要求7所述的适配高维输入的量子模糊神经网络,其特征在于,所述自适应特征融合模块,采用权重自适应融合策略动态调整量子模糊特征 与经典神经特征的权重,融合公式为:;

其中,为融合权重,通过反向传播优化,的梯度由交叉熵损失计算,若量子特征贡献大,自动增大;若经典特征更稳定,自动减小。

9.根据权利要求7所述的适配高维输入的量子模糊神经网络,其特征在于,所述分类器模块中:分类器表示为: ;其中, 为分类任务的类别数,输出类别概率 , 为激活函数, 为全连接层;

损失函数采用交叉熵损失,表示为:

其中, 、 分别为第 个样本对应第 类的真实标签、第 个样本对应第 类的预测概率;

优化器采用SGD优化器,设置初始学习率为0.01,分别在30%epoch和80%epoch处衰减

0.1。

10.一种适配高维输入的量子模糊神经网络分类方法,应用于权利要求1至9任一所述的量子模糊神经网络,其特征在于,包括如下步骤:步骤1、数据输入:接收高维数据,输入至量子模糊特征提取模块及DNN特征提取模块;

步骤2、量子模糊特征提取,包括:

步骤2.1、对输入的高维数据进行预处理及振幅编码,输出量子态;

步骤2.2、对量子态进行正向增强型链式纠缠,使量子态相位一致;

步骤2.3、为每个量子比特配置参数化门序列,进行量子态变换与测量;

步骤2.4、对量子态进行反向增强型链式纠缠,增强两比特关联稳定性优化量子态;

步骤2.5、进行量子测量及全连接映射,输出动态维度的量子模糊特征;

步骤3、DNN特征提取:通过QA‑HFNN的CNN全连接网络,调整各层维度,提取高维神经特征,以适配匹配量子模糊特征;

步骤4、自适应特征融合:接收量子模糊特征及高维神经特征,采用权重融合策略,动态分配量子模糊特征与经典神经特征的权重,得到融合特征;

步骤5、Softmax分类:对融合特征进行Softmax分类,输出类别概率,通过交叉熵损失优化模型参数。