系统工程与电子技术 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (7): 1938-1956.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2023.07.04

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超维计算概念、应用及研究进展

刘文波1,2, 姚翼荣1,2, 张弓3,4,*, 胡文3,4   

  1. 1. 南京航空航天大学自动化学院, 江苏 南京 211106
    2. 高速载运设施的无损检测监控技术工业和信息化部重点实验室, 江苏 南京 211106
    3. 南京航空航天大学电子信息工程学院, 江苏 南京 211106
    4. 雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室, 江苏 南京 211106
  • 收稿日期:2022-03-14 出版日期:2023-06-30 发布日期:2023-07-11
  • 通讯作者: 张弓
  • 作者简介:刘文波(1968—), 女, 教授, 博士, 主要研究方向为控制与测量技术、信号处理、深度学习、非线性系统控制
    姚翼荣(1998—), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为信号处理、目标检测与识别、机器学习
    张弓(1964—), 男, 教授, 博士, 主要研究方向为雷达信号处理、目标识别、SAR图像处理
    胡文(1979—), 男, 副教授, 博士, 主要研究方向为雷达信号处理、新体制雷达
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(2018YFB2003304);国家自然科学基金(62271255);国家自然科学基金(62271286);国家自然科学基金(61871218);上海航天科技创新基金(SAST2021-026);南京航空航天大学前瞻布局科研专项;雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室开放课题基金(NJ20220008);雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室开放课题基金(NJ20210008)

Concept, application, and research progress of hyperdimensional computing

Wenbo LIU1,2, Yirong YAO1,2, Gong ZHANG3,4,*, Wen HU3,4   

  1. 1. College of Automation Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211106, China
    2. Key Laboratory of Non-Destructive Testing and Monitoring Technology for High-Speed Transport Facilities, Ministry of Industry and Information Technology, Nanjing 211106, China
    3. College of Electronic and Information Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211106, China
    4. Key Laboratory of Radar Imaging and Microwave Photonics, Ministry of Education, Nanjing 211106, China
  • Received:2022-03-14 Online:2023-06-30 Published:2023-07-11
  • Contact: Gong ZHANG

摘要:

超维计算是一种受大脑工作机制启发的新兴认知模型, 使用信息的高维、随机、全息分布式表示作为处理对象, 具有低运算成本、快速学习过程、高硬件友好性、强鲁棒性、不依赖大数据和优异的模型可解释性等优势, 在分类识别、信号处理、多任务学习、信息融合、智能决策等领域有着良好的应用前景。近年来, 超维计算受到的关注量持续增加, 展现出巨大的发展潜力, 为研究人员提供了一种新选择。本文详细介绍了超维计算的发展历史、基本原理和模型框架, 给出超维计算的典型应用实例, 并对超维计算现阶段存在的问题和未来可能的发展方向进行了探讨。

关键词: 超维计算, 分类识别, 分布式表示, 机器学习, 研究进展

Abstract:

Hyperdimensional computing (HDC) is an emerging brain-inspired cognitive model. It uses high-dimensional random holographic distributed representations of different entities as processing objects and has many advantages such as low computational cost, superfast learning process, high hardware-friendliness, strong robustness, independent of data volume, and excellent model interpretability. HDC is a promising method in many fields, such as target recognition, signal processing, multi-task learning, information fusion, and smart decision-making. In recent years, HDC has received increasing attention and shown great development potential, which provides researchers with a new choice. This paper introduces the development history, basic principles, and the specific model architecture of HDC, presents some typical application examples, and discusses the existing deficiencies and possible future directions of HDC.

Key words: hyperdimensional computing (HDC), category recognition, distributed representation, machine learning, research progress

中图分类号: