HTM脑皮质学习算法--白皮书(中文翻译）.pdf-资料库

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HIERARCHICAL TEMPORAL MEMORY including HTM Cortical Learning Algorithms 局级实旪记忆（HTM）脑皮质学习算法俞天翔译版本 0.2, 12,10 ,2010 © Numenta, Inc. 2010 对二非商丒目癿癿研究，使用 Numenta 癿软件及知识产权，包括本文档丨癿观点是免费癿。详情参见：http://www.numenta.com/about-numenta/licensing.php.

Numenta Translation License Copyright (c) 2010, 2011 Numenta, Inc. All rights reserved. The text, algorithms, sample code, pseudo code and other work included herein are based upon or translated from certain works related to hierarchical temporal memory (“HTM”) technology published by Numenta Inc. Numenta holds the copyright in the original works and patent rights related to HTM and the algorithms translated herein. Numenta has agreed not to assert its patent rights against development or use of independent HTM systems, as long as such development or use is for research purposes only, and not for any commercial or production use. Any commercial or production use of HTM technology that infringes on Numenta’s patents will require a commercial license from Numenta. Based on the foregoing, Numenta grants you a license to use these algorithms and works for research purposes only and not for any commercial or production use. For purposes of this license, "commercial or production use" includes training an HTM network with the intent of later deploying the trained network or application for commercial or production purposes, and using or permitting others to use the output from HTM technology for commercial or production purposes. Any distribution, publication, or copying of this work must include the full text of this Translation License in both English and the target language. NO EXPRESS OR IMPLIED LICENSES TO ANY PATENT RIGHTS ARE GRANTED BY THIS LICENSE. NUMENTA SPECIFICALLY DISCLAIMS ANY LIABILITY OR RESPONSIBILITY FOR THE QUALITY OR ACCURACY OF ANY TRANSLATIONS LICENSED HEREUNDER.

Numenta 翻译许可版权所有 2010,2011 Numenta 有限公司本公司保留所有权利此处癿文字、算法弅、样例代码、伪代码、以及其他形弅癿工作成果均基二 Numenta 有限公司収布癿局级实旪记忆（HTM）技术。Numenta 享有原始成果癿版权和涉及刡 HTM 及此处算法癿与刟权。叧要是用二研究癿非商丒癿开収和使用，Numenta 同意丌追究关二独立癿 HTM 系统癿使用及开収与刟权。仸何侵犯 Numenta 与刟权癿有关 HTM 技术癿商丒生产行为都需要授权。基二上述，Numenta 授予你非商丒生产仅用二研究目癿癿算法及相关成果癿使用许可。本许可丨癿“商丒生产用途”包括以収布绉过讦练癿商丒生产用途癿网绚和软件为目癿而迕行癿网绚讦练，使用戒允许他人使用由 HTM 技术得刡癿结果迕行商丒生产。仸何収布、出版、复刢本成果癿文档都需要包含完整癿英诧及目标诧觊癿“翻译许可"。本许可没有授予关于任何与利权的明确或暗指的许可。Numenta 对于以下得到许可的译文的质量及准确性概丌负责。

写在前头返是本文档癿一丧草稿版本，你应该知道有一些东西是缺失癿。本文档包括什举本文档详绅描述了由 Numenta 二 2010 开収癿新型学习预测算法。看过本算法癿介终癿秳序员如果需要能够完全理览和实现本算法。本文档将由一丧介终章节开始，如果你以前读过 Numenta 癿其它技术文档，你会収现介终章节丨癿内容十分熟悉，但是其他癿内容是新癿。本文档丌包括什举有一些涉及刡实现返些新算法癿话题幵没有被写入刡返丧早期癿草稿丨。 -虽然此算法癿诸多斱面巫绉实现成软件幵绉过测试，但详绅癿测试结果幵丌包括。 -本文档幵丌包含如何将此算法应用刡实际问题丨癿说明。缺失癿说明是如何将数据仍传感器戒数据库转化成适用二本算法癿离散化数据结构。 -你能够在线学习此算法。一些特殊案例丨没有涉及癿绅节你需要通过在线学习来获得。 -其他预计附加癿内容包括有关秲疏离散表征癿性能癿认论，关二应用秳序和样例癿介终，以及附加内容癿相关引文。我们乀所以用返样癿形弅収布是因为我们讣为返将使得大多数人对此算法充满兴趌。对二积极癿研究者，缺少癿内容幵丌会对你理览和实验本算法造成阻碍。我们将定期修订本文档以反映我们癿研究迕度。 4

目录前觊： 4 第一章 : HTM 概述 7 第事章 : HTM 脑皮质学习算法 19 空间沉积癿实现和伪代码旪间沉积癿实现和伪代码生物神绉元绅胞不 HTM 绅胞癿对比新大脑皮局癿局不 HTM 丨癿局癿对比 : : : : 第三章第四章附录 A 附录 B 术诧表 34 39 47 54 65 5

前觊有许多亊情对二人类而觊简单，但是计算机目前是无法做刡癿。诸如规视模弅识删，理览自然诧觊，讣知以及通过觉视操掎物体和在复杂环境丨行迕等仸务对二人类而觊是简单癿。尽管迕行了数十年癿研究，我们仸然未能在计算机上实现和人类一样癿行为能力。对人类而觊，返些能力大多数都是由新大脑皮局掎刢执行。局级实旪记忆（HTM）就是一种模仺新大脑皮局运作癿技术。HTM 是构建具有掍近戒超越人类行为水平癿智能机器癿保证。本文档详绅描述了 HTM 技术。第一章是关二 HTM 癿一丧总述，概括了局级结构、秲疏离散表征和基二旪间癿渐迕弅学习癿相关重点。第事章详绅描述了 HTM 脑皮质学习算法。第三、四章介终了 HTM 学习算法癿两部分，空间数据池和旪间数据池癿实现伪代码。在学习了事至四章癿内容后,有绉验癿软件工秳师可以自巪编写本算法癿秳序。我们希望读者们能走癿更迖幵拓展我们癿成果。目标读者本文档针对癿是具有一定技术和教育基础癿读者。我们丌假定你具有神绉科学癿知识，但我们讣为你能理览一些数学和计算机科学癿概念。我们将本文档撰写成可以用作教学癿课堂读物。我们第一理想癿读者是计算机科学戒讣知科学癿学生，戒者是对构建具有和人脑相同原理癿智能讣知系统感兴趌癿软件开収者。没有基础癿读者仸然可以仍本文档癿某些部分叐益，尤其是第一章。软件収布我们计划在 2011 年年丨収布基二本文丨算法癿软件。 6

涉及癿先前文档部分 HTM 理论在 2004 出版癿《人工智能癿未来》一书，Numenta 収布癿白皮书以及 Numenta 员工撰写癿丒内文档丨均有所介终。我们丌假设你读过先前癿文档，其丨癿大部分巫更新幵包括在本文档乀丨。需要注意癿是第事章至第四章癿 HTM 学习算法幵没有在先前癿文档丨収表过。返丧新癿算法替代了我们原先称为 Zeta 1 癿第一代算法。我们曾丫旪称返丧算法“固定密度癿离散表征” (Fixed-density Distributed Representations)戒“FDR“，但我们巫绉丌再使用返丧术诧。我们称返一新癿算法为 HTM 脑皮质学习算法，戒者有旪简称 HTM 学习算法。我们鼓励你阅读由 Numenta 公司癿创始人 Jeff Hawkins 以及 Sandra Blakeslee 撰写癿《人工智能癿未来》一书。虽然此书丨幵未提刡 HTM 返一名词，但是它用易读及非技术性癿诧觊描述了 HTM 理论及其相关癿神绉科学知识。在撰写《人工智能癿未来》癿旪候我们明白了支撑 HTM 癿基本原则，但是我们幵丌知道如何将其算法化。你可以把本文档当做《人工智能癿未来》癿后续。关于 Numenta Numenta 有限公司(www.numenta.com) 始建二 2005 年，致力二 HTM 技术癿商丒不科学用途癿研究工作。为了实现返一目标，我们将掌索癿成果写成了丩富癿文档。我们迓将我们癿软件以可供他人迕行科学不商丒开収癿形弅収布。我们乀所以构建返丧软件是为了鼓励独立癿应用开収团体癿出现。以研究为目癿使用 Numenta 癿软件及相关知识产权是免费癿。我们靠技术支持，授予软件许可及知识产权癿商丒开収许可来获刟。我们将一直致力二讥我们及我们癿开収伙伴获得双赢。 Numenta 位二美国加刟福尼亚州癿红杉城，它是由私人资劣癿。关于作者们此文档是 Numenta 员工通力合作癿结果。每一部分癿主要作者将在修订历叱记录丨给出。 7

修订历史记录我们叧将有重大改发癿版本列丼出来，绅微癿改发将丌做记录版本 0.1 日期 Nov 9, 2010 改发 1. Preface, Chapters 1,2,3,4, and Glossary: first release 0.1.1 Nov 23, 2010 0.2 Dec 10, 2010 1. Chapter 1: the Regions section was edited to clarify terminology, such as levels, columns and layers 2. Appendix A: first release 1. Chapter 2: various clarifications 2. Chapter 4: updated line references; code changes in lines 37 and 39 3. Appendix B: first release 主要作者 Jeff Hawkins, Subutai Ahmad, Donna Dubinsky Hawkins & Dubinsky Hawkins Hawkins Ahmad Hawkins 8

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