膜计算模型和算法.docx

项目
名称
膜计算模型和算法
奖项
自然奖
全部
完成人
张葛祥, 王军, 张兴义, 戴朝华, 彭宏, 荣海娜
全部完成单位
西南交通大学, 西华大学, 安徽大学
项目
简介
本项目属于计算机科学技术的基础理论领域，具有前沿多学科交叉特性，涉及计算机科学、生物学、数学等。半个多世纪以来，信息技术发展严格遵循摩尔定律，到如今，这种飞速发展趋势已接近尾声，触碰到物理极限。硅基CMOS 在10 纳米以下将会产生短沟道效应、器件不稳定和难以承受的高能耗密度等问题。因此，迫切需要探索非传统高性能新型计算模型和算法。
作为新型计算模型的生物计算，自美国两院院士、图灵奖获得者Adleman 于1994年在Science上发表用DNA解决哈密尔顿路径问题以来，展示出了巨大潜力。膜计算是生物计算重要分支，自欧洲科学院院士Gh. Păun 于1998 年提出以来，随即被美国科学情报研究所ISI列入计算机科学前沿领域，其论文成为ISI 快速突破和高被引文章。因对膜计算的突出贡献，. Pérez-Jiménez于2011当选欧洲科学院院士。Păun院士在膜计算公开问题中指出，如何从生物组织结构和功能中抽象出高效计算模型、如何解决膜系统可编程性问题、如何构建面向应用问题求解的膜计算模型和算法等，是迫切解决的关键问题。
本项目在国家自然科学基金等资助下，研究基于细胞结构和功能的膜计算模型构建方法、进化膜计算和模糊膜计算建模理论等，获得如下主要科学发现点：
1、建立了基于生物组织结构和功能的网状结构膜计算模型，获得了图灵计算能力的组织膜系统和成功求解计算难问题的脉冲神经膜系统。该成果被两位IEEE会士C. Wen和施路平在Nature出版社期刊评价为第三代神经网络代表模型。
2、建立了进化膜计算理论体系。揭示了进化膜计算机理，提出了进化膜计算动态行为分析方法，构建了进化膜计算模型和算法。，得到了Pérez-Jiménez院士和多位IEEE会士的正面评价和引用，并被用于成功求解天线阵列优化问题。
3、提出了模糊脉冲神经膜计算模型和推理算法的构建方法。创建了膜计算模糊神经元和模糊激发规则，提出了模糊信息处理和模糊推理脉冲神经膜系统及推理算法。膜计算创始人Păun院士评价该方法求解故障诊断问题是膜计算的成功应用示例。
4、提出了膜计算模型自动构建方法，建立了膜计算模型自动构建平台，开启了解决膜计算模型可编程性问题思路。罗马尼亚F. Ipate教授基于此方法成功
构建语言膜系统。
发表IEEE TFS、IEEE TIE、IEEE TPS和IJNS等相关领域国际期刊SCI论文86篇（ESI论文2篇），google学术他引1529次、SCI他引745次，其中10篇代表作google学术他引558次、SCI他引255次。成果获国际会议最佳论文奖两次，获授权发明专利6件和软件著作权2件，其中1件专利已成功应用于磁阻电机。成果得到了膜计算创始人Gh. Păun院士、膜计算突出贡献奖获得者Pérez-Jiménez院士和包括H. Adeli, C. Wen, . Suganthan, E. Hossain, . Diniz, P. Shi, 施路平和王熙照等在内的多位IEEE