第1章(文獻(xiàn)綜述

1、第一章第一章 文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述 1.1 膨潤土（蒙脫石）的應(yīng)用與發(fā)展 膨潤土又叫斑脫巖或膨土巖.1972 年在西班牙馬德里舉行的國際粘土?xí)h(AIPEA) 上 R.E.Grim 提出了膨潤土的廣泛定義，認(rèn)為“膨潤土是以蒙脫石類礦物為主要組分的 巖石，是蒙脫石礦物達(dá)到可利用含量的粘土或粘土巖”。 膨潤土的主要礦物成分是二八面體蒙脫石-貝得石系列礦物。次要粘土礦物包括伊利 石、高嶺石、埃洛石、綠泥石、水鋁英石等。非粘土礦物有斜發(fā)沸石、方沸石、 方石 英、鱗石英、石英、蛋白石、長石、黃鐵礦、石膏、方解石、鐵的氧化物以及火山巖屑、 晶屑、陸源碎屑及一些硝酸鹽等。 膨潤土的顏色有白色，乳酪色，淺灰色，淺

2、綠黃色，淺紅色，肉紅色，磚紅色，褐 紅色，黑色，斑雜色等;具油脂光澤，蠟狀光澤或土狀光澤，貝殼狀或鋸齒狀斷口;地表 一班松散如土，深部較為致密堅硬.膨潤土的結(jié)構(gòu)類型較多，有泥質(zhì)、粉砂-細(xì)砂、角躒 泥灰、變余火山碎屑等結(jié)構(gòu)。構(gòu)造類型主要有微層紋狀、角礫狀、斑雜狀、致密塊狀、 土狀等構(gòu)造。擊之，聲音發(fā)啞。膨潤土吸濕性強，放入水中出現(xiàn)迅速或緩慢的膨脹、崩 解，最大吸水量為其體積的 815 倍。膨脹倍數(shù)從數(shù)倍到 30 余倍。密度一般在 2g/cm3 左右。 膨潤土不是純物質(zhì)，因此沒有固定的化學(xué)組成和化學(xué)式，通常是與眾多礦物伴生而 以蒙脫石為主要成分的粘土礦，其顏色多種多樣，比重 2.42.8，熔點 1

3、3301430。 天然膨潤土有鈣基、鈉基、鋰基、氫基膨潤土之分，其中鈣基膨潤土占 70%80%，其次為鈉基。而鋰基和氫基膨潤土很少。無論鈣基、鈉基膨潤土，其性能 都與蒙脫石含量有關(guān)，含蒙脫石越多，其性能越優(yōu)。 1.1.1.1. 膨潤土的性質(zhì)膨潤土的性質(zhì) 由于膨潤土具有特殊結(jié)構(gòu)，所以具有很多優(yōu)良性能。 1. 膨脹性膨脹性 膨潤土具有較高的吸水性，吸水后因蒙脫石層間距離加大，而表現(xiàn)在自身體積膨脹。 2. 吸附性吸附性 由于蒙脫石為 TOT 型層狀結(jié)構(gòu)，具有很大比表面積(750m2/kg)和孔容，從而對氣 體、水分以及溶液中某些色素，有機化合物等均具有很強吸附性。 3. 陽離子交換性陽離子交換性 由

4、于蒙脫石單位晶胞是由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體組成，在四面體和 八面體內(nèi)可以發(fā)生同晶置換，在晶胞內(nèi)高價硅離子(Si+4)、鋁離子(Al+3)能部分或全部被 其它低價陽離子置換，結(jié)果使蒙脫石單位晶胞帶負(fù)電荷，而成為一個大的負(fù)離子，這個 大負(fù)離子具有吸附某些陽離子和極性有機分子的能力。 4. 懸浮性懸浮性 膨潤土具有懸浮性，一方面是由于蒙脫石顆粒非常細(xì)小(0.2以下)。另一個原因 是蒙脫石晶胞都帶有相同數(shù)目的負(fù)電荷，彼此同性相斥，在稀溶液里很難聚附成大顆粒， 而保持良好的懸浮性。 5. 分散性分散性 這一特性是由蒙脫石特殊結(jié)構(gòu)所決定。一方面蒙脫石晶胞顆粒細(xì)小，另一方面晶胞 帶有很多金屬陽離

5、子和羥基親水基，因此表現(xiàn)出了強烈的親水性和分散性。 6. 粘結(jié)性粘結(jié)性 膨潤土與水混合帶來很大的粘結(jié)性。該特性來源于多方面，如膨潤土親水，顆粒細(xì) 小，晶體表面電荷多樣化，顆粒的不規(guī)則性，羥基與水形成氫鍵，對微量有機物的吸附 和多種聚附形式形成溶膠，聚集、絮凝、凝膠等產(chǎn)生的粘結(jié)性。 7. 觸變性觸變性 該性能在一定的濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)突出。即在有外加攪動時懸浮液表現(xiàn)為流動性很好 的溶膠液;停止外加攪動時，就會自行排列成具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠，并不發(fā)生沉降分層 和有水離析出來。再施加外力攪動時，凝膠又能迅速被打破，恢復(fù)原有流動性。膨潤土 這種特性在油漆、涂料行業(yè)和鉆井泥漿調(diào)制方面，具有特別重要的意義。

6、8. 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 膨潤土能耐 300高溫(140逸出自由水和吸附水，300逸出層間水，500失去 結(jié)晶水)。具有良好的熱穩(wěn)定性?；静蝗苡谒趶娝?、強堿里微溶，常溫下不被強氧 化劑，強還原劑破壞，不溶于有機溶劑，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。 9. 無毒性無毒性 膨潤土對人、畜、植物均無腐蝕、無毒害、因此能用作醫(yī)藥裁體、飼料添加劑和土 壤改良及化肥裁體等，還有可塑性潤滑、催化等特性。 .蒙脫石的基本特性：蒙脫石的基本特性： 蒙脫石是膨潤土的主要礦物，蒙脫石的特性決定了膨潤土的基本性能。 蒙脫石為含少量堿及堿土金屬的含水鋁硅酸鹽礦物，其化學(xué)式為 Al2O34SiO23H2O。理論化學(xué)成份為 SiO2

7、 66.7%；Al2O3 25.3%；H2O 5%。 一般結(jié)構(gòu)式為 Na2(H2O)4(Al2-x Mgx)Si4O10(OH)2 。 蒙脫石屬單斜晶系，a=0.517 nm，b=0.894nm，c=1.52nm;= 90，Z=2 是由兩層 硅氧四面體片和一層夾于其間的鋁（鎂）氧（羥基）八面體片構(gòu)成的 2:1 型層狀硅酸鹽 礦物。硅氧四面體片系由處于同一平面的硅氧四面體的三個頂點氧與相鄰硅氧四面體共 用而連結(jié)成一系例近似六方體網(wǎng)格的硅氧片；鋁(鎂)氧(羥基)八面體片是以鋁(鎂)為中心 原子，并與彼此頂點相對的四面體片的四個頂點氧處于同一平面的兩個羥基構(gòu)成六配位 的鋁(鎂)氧(羥基)八面體，這些

8、八面體彼此借與相鄰八面體中心原子配位相連)(OHO 組成鋁（鎂）氧（羥基）八面體片。 蒙脫石是屬于含水層狀硅鋁酸鹽礦物。屬單斜晶系，2:1 型網(wǎng)架狀結(jié)構(gòu)，即由二層 硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體組成。蒙脫石層間具有離子交換能力。 1. 晶格置換晶格置換 晶格內(nèi)的異價類質(zhì)同象置換是蒙脫石最基本、最重要的構(gòu)造特性。蒙脫石的硅氧四 面體和（或）鋁氧八面體中的硅、鋁離子被其它不等價陽離子所置換，其結(jié)果是： (1) 不同的置換離子、置換位置、置換量構(gòu)成了一系列亞族礦物及化學(xué)成分的復(fù)雜 形氏； (2)形成層間負(fù)電荷。 晶格置換產(chǎn)生了電荷差，使晶片內(nèi)和晶層的化學(xué)鍵更偏于離子鍵，使晶層具有吸附 陽離子的能力。

9、 2. 電負(fù)性電負(fù)性 蒙脫石的電負(fù)性主要來自三方面。 (1)晶格置換連同內(nèi)部的補償置換形成晶格靜電荷； (2)破鍵產(chǎn)生的電負(fù)性； (3)八面體片離解形成的電負(fù)性。 3. 離子交換性能離子交換性能 蒙脫石晶層間所吸附的離子是可交換的，交換和吸附是可逆的。離子交換主要是陽 離子交換。此外，蒙脫石晶體端面所吸附的離子也具有可交換性并隨顆粒變細(xì)而增大， 但在總交換容量中所占比例則極小。 對交換量高低的影響主要有以下幾種情況： (1)蒙脫石濃度大，交換量高； (2)結(jié)合能低，電離率高的比結(jié)合能高，電離率低的要高； (3)堿性介質(zhì)中的交換量比酸性介質(zhì)中的要高，這主要與蒙脫石端面電荷和蒙脫石的 溶解狀態(tài)有關(guān)

10、； (4)樣品粒度； (5)溫度對交換量有一定影響。 1.1.31.1.3 膨潤土膨潤土( (蒙脫石蒙脫石) )的開發(fā)與利用的開發(fā)與利用 膨潤土由于應(yīng)用非常廣泛，故有“萬能原料”之稱。 膨潤土是一種寶貴的非金屬礦產(chǎn)資源。自 1888 年作為產(chǎn)品投放市場以來，已有 109 年的歷史。在這期間，膨潤土的開采、加工、應(yīng)用有了很大的發(fā)展。1988 年世界產(chǎn)量已 達(dá) 600 萬，應(yīng)用領(lǐng)域已擴大到 24 個部門。用途有 1000 多種，其中申請過專利的就有 幾百種?，F(xiàn)在需求量以年均 3.1%的速度遞增，預(yù)計到 2000 年，世界產(chǎn)量將達(dá)到 700 多 萬。世界膨潤土工業(yè)已有 70 多年歷史，美國是世界上最

11、大的生產(chǎn)銷售國，其次為獨 聯(lián)體、意大利、英國、日本、南斯拉夫、德國等，系列化商品達(dá)千余種2。 我國膨潤土資源十分豐富，全國已有 23 個省、區(qū)、80 個縣發(fā)現(xiàn)膨潤土礦(點)400 多 個，總儲量達(dá) 11.25 億，居世界第二位，全國膨潤土生產(chǎn)廠家?guī)装偌?，其中比較正規(guī)， 并具一定規(guī)模的約 40 多家，總產(chǎn)量已達(dá) 200 多萬。 膨潤土在鑄造業(yè)中主要用作鑄造型砂粘結(jié)劑；在地質(zhì)采礦業(yè)中主要用在作鉆井泥漿 添加劑；在冶金工業(yè)中主要用于生產(chǎn)鐵礦球團；用于生產(chǎn)活性白土；用于生產(chǎn)有機膨潤 土，產(chǎn)品廣泛用于油漆行業(yè)、油墨、化妝品、潤滑脂、鑄造、鉆井泥漿等行業(yè)，作增稠 劑和防沉降劑；此外還有農(nóng)藥、塑料、樹脂、橡

12、膠、電子等行業(yè)也有廣泛用途；用作催 化劑；用于生產(chǎn)型分子篩；用于生產(chǎn)微粉硅酸鈉它可用于橡膠增強劑和造紙，油漆填 充劑等；用于生產(chǎn)膨潤土凝膠，該產(chǎn)品主要用于日化行業(yè)中牙膏和化妝品等生產(chǎn)；用于 生產(chǎn)膨潤土乳化瀝青；用于生產(chǎn)建筑涂料3；用于生產(chǎn)防水紙模板；用于生產(chǎn)紡織漿料； 用在環(huán)境保護方面；用于生產(chǎn)飼料添加劑；用于禽畜飼料4；用于生產(chǎn)高級陶瓷膨潤土， 在陶瓷工業(yè)中主要用作泥料的增塑劑和釉料的懸浮劑；在醫(yī)藥中的應(yīng)用膨潤土對嗎啡、 古桐堿、可卡因、尼古丁、馬錢子堿等毒性有解毒作用和吸附作用；用在農(nóng)業(yè)中；用作 除垢劑；用作礦物粘結(jié)劑等。 我國膨潤土工業(yè)始于 50 年代，起步較晚，產(chǎn)品品種單一，每年開采約

13、 200 萬， 其中 90%左右為鈣基膨潤土，且多數(shù)為初級產(chǎn)品，處于初級開發(fā)應(yīng)用階段。目前膨潤土 工業(yè)的發(fā)展已引起各部門的極大關(guān)注，從 1990 年到 2000 年，由于世界膨潤土需求量將 大幅度增加，開發(fā)高科技含量的系列化新品種勢在必行。 我國主要以鈣基膨潤土為主，因此，如何開發(fā)利用鈣基膨潤土便是一個最現(xiàn)實，最 緊迫的重大課題。 1.1.41.1.4 蒙脫石的鈉化改型蒙脫石的鈉化改型 1. 鈉質(zhì)蒙脫石鈉質(zhì)蒙脫石 蒙脫石中礦物性能最佳，最受歡迎，應(yīng)用最廣，用量最大，價值最高的是鈉質(zhì)蒙脫 石。 (1)陽離子交換 鈉質(zhì)膨潤土中的主要粘土礦物為 Na-蒙脫石。主要的交換性陽離子是 Na+(其它堿金

14、屬和堿土金屬交換性陽離子較少)。Na+是低價離子，電荷密度較 Ca2+小，它與蒙脫石晶 格的結(jié)合能力較小（一般是 1000Cal/mol） ，水化性能低，水化離子半徑小，吸附一個極 性分子水厚度的水層時的 CO 間隔為 1.25nm。有人認(rèn)為含水量小于或等于 10%時，Na+ 不水化。在水介質(zhì)中，Na+電離率大，電動電位高，活動性強，交換性好，易被其它多 價陽離子置換，而且交換得比較徹底。存在于蒙脫石交換位置的 Na+幾乎能如數(shù)的被其 它多價陽離子取代出來。鈉質(zhì)膨潤土吸附有機大離子生成的有機蒙脫石復(fù)合物安定性好， 不受水的影響。鈉質(zhì)膨潤土 Na+含量高，鹽基總量也高。 (2)分散性 Na-蒙脫

15、石礦物顆粒較細(xì)（Ca-蒙脫石礦物顆粒較粗） 。在水中介質(zhì)中分散性好，可 以解離成單位晶胞。 (3)膨脹性 Na+的半徑較小，所以它在蒙脫石單位晶層底面占據(jù)的面積小，晶體吸水膨脹倍數(shù) 就高。鈉質(zhì)膨潤土吸水速度慢，但延續(xù)的時間長，總吸水量大。 (4)熱穩(wěn)定性 Na-蒙脫石在較高溫度下仍可保持其一定的陽離子交換量和膨脹性能。用 100較長 時間加熱時，陽離子交換量反而略有所增加（K、Ca、H-蒙脫石有所降低） 。Na-蒙脫石 在 300以前交換量只有微小的降低，300-390中等降低，390-490時才喪失膨脹性 能，陽離子交換量降低到 39meq/100g。 (5)pH 值 鈉質(zhì)蒙脫石堿度高，pH

16、 一般在 8.5-10.6 左右。 (6)可塑性和粘結(jié)性 鈉質(zhì)蒙脫石的可塑性高，粘結(jié)性強。砂-鈉質(zhì)蒙脫石混合料的工藝性能好。它的濕壓 強度雖與鈣質(zhì)蒙脫石做成的混合料平或略低，但受水分變化的影響較小，對水分的敏感 性抵，高水強度較高。干壓強度和熱濕拉強度高。 由于鈣質(zhì)蒙脫石、鎂質(zhì)蒙脫石等因其性能均不及鈉質(zhì)蒙脫石，為利于使用往往將它 們進行人工改型，將其 Na+化，改成 Na 型土，以增強它們在水介質(zhì)中的分散性能。 2. 蒙脫石的鈉化改型機理蒙脫石的鈉化改型機理 蒙脫石的鈉化改型是在一定的條件下，通過加入改型劑（如碳酸鈉等）及一定的加 工處理（擠壓，碾壓等措施） ，用 Na+離子將膨潤土中可置換的

17、高價陽離子 Ca2+置換出 來5。其反應(yīng)機理為： 3332 2)( 2 MgCOCaCONaCONaCaMg OH 或基土基土 由于蒙脫石單位晶胞是由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體組成，在四面體和 八面體內(nèi)可以發(fā)生同晶置換，在晶胞內(nèi)高價硅離子(Si+4)、鋁離子(Al+3)能部分或全部被 其它低價陽離子置換，結(jié)果使蒙脫石單位晶胞帶負(fù)電荷，而成為一個大的負(fù)離子，這個 大負(fù)離子具有吸附某些陽離子和極性有機分子的能力。吸附不同的交換陽離子，可使蒙 脫石具有不同的水化性質(zhì)。一般具有一價交換性陽離子比具有二價或三價交換性陽離的 水化性能好。因此，蒙脫石的鈉化改型處理可以改善膨潤土的物化性質(zhì)及工藝性能

18、。 蒙脫石對幾種常見陽離子交換能力的增加順序為： Li+ Na+ K+ NH4+ Mg+ Ca+ Ba+。 3. 蒙脫石的鈉化改型方法蒙脫石的鈉化改型方法 蒙脫石鈉化改型的主要方法有： (1)懸浮液法。在鈣基膨潤土中加過量的純堿及長時間的預(yù)水化，使更多的 Ca2+， Mg2+離子交換出來。 (2)堆場鈉化法（陳化法） 。在原礦中或加工后的干粉中，按所需 Na+ 量化成水溶液 加入，拌勻，堆放。整個礦石含水量控制在 30%左右，堆放時間（老化）710 天，并 常翻動拌合，老化后干燥，磨粉。 (3)擠壓法。此法是在加入改型劑的同時，施加一定的壓力（主要為剪切應(yīng)力） ，使 蒙脫石粘粒分開，加速 交換

19、的過程。同時，在擠壓過程中可使一部分機械能轉(zhuǎn)化為熱 能，提高反應(yīng)溫度。在擠壓作用下，晶層之間，粘粒之間產(chǎn)生相對移動而發(fā)生分離，這 也增加了離子的接觸面積，有利于鈉化進行。并且擠壓亦可使蒙脫石晶體產(chǎn)生斷鍵，利 于吸附具有相反電荷的，利于蒙脫石水化，改善其水化性能。 (4)輪碾法。在輪碾機內(nèi)，把濕膨潤土與碳酸鈉及少量丹寧酸混合碾壓，再老化十天， 然后干燥粉碎成產(chǎn)品67。 1.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與發(fā)展 1.2.11.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特性 1. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本概念神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本概念 人的智能來自于大腦，大腦是由大量的神經(jīng)細(xì)胞或神經(jīng)元組成的。每個神經(jīng)元可以 看作一個小的處理單元，

20、這些神經(jīng)元按照某種方式互相連接起來，構(gòu)成了大腦內(nèi)部的生 理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它們中各神經(jīng)元之間連接的強弱，按照外部的激勵信號作自適應(yīng)變化，而 每個神經(jīng)元又隨著接收到的多個激勵信號的綜合大小呈興奮或抑制狀態(tài)。各神經(jīng)元之間 的連接強度和極性可以有所不同，并且都可進行調(diào)整，因此可以有儲功能。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本組成單元是神經(jīng)元，神經(jīng)元是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本元素，在人體內(nèi)，神經(jīng) 元的結(jié)構(gòu)不是完全相同的;但是神經(jīng)元都由下述基本成份組成： 細(xì)胞體：由很多分子形成的綜合體，內(nèi)部含有一個細(xì)胞核、核糖體、原生質(zhì)網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)等。它是神經(jīng)元活動的能量供應(yīng)地。 樹突：細(xì)胞體的伸延部分產(chǎn)生的分枝，它是接受從其它神經(jīng)元傳來的信息的入口。 軸突

21、：細(xì)胞體突起的最長的外伸管狀纖維，它是把神經(jīng)元興奮的信息傳出到神經(jīng)元 的出口。 突軸：一個神經(jīng)元與另一個神經(jīng)元之間相聯(lián)系并進行信息傳送的結(jié)構(gòu)。 目前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究尚處于起步的初級階段，僅限于對神經(jīng)元能處于抑制或 興奮狀態(tài)行為和突軸能進行信息綜合的行為進行模擬。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息處理與傳遞：神經(jīng)元有興奮與抑制兩種狀態(tài)，在抑制狀態(tài)，細(xì)胞膜 內(nèi)外之間有內(nèi)負(fù)外正的電位差;在興奮狀態(tài)，則產(chǎn)生內(nèi)正外負(fù)的反電位差。由神經(jīng)元傳出 的電脈沖信號通過軸突，先到達(dá)軸突末梢，這時使其中的囊泡產(chǎn)生變化從而釋放神經(jīng)遞 質(zhì)，這種神經(jīng)遞質(zhì)通過突軸的間隙進入到另一個神經(jīng)元的樹突中。樹突上的受體接受神 經(jīng)遞質(zhì)，從而改變膜間離

22、子的通用性，使膜內(nèi)外離子濃度差產(chǎn)生突變上升的脈沖，這個 脈沖接著沿軸突進行傳遞。從而信息就從一個神經(jīng)元傳送到另一個神經(jīng)元中。在神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)上大量不同的神經(jīng)元的軸突末梢可以達(dá)到同一個神經(jīng)元的樹突并形成大量突軸。 來源不同的突軸所釋放的神經(jīng)遞質(zhì)都可以對同一個神經(jīng)元的膜電位變化產(chǎn)生作用。因此， 在樹突上，神經(jīng)元可以對不同來源的輸入信息進行綜合，這就是神經(jīng)元對信息的空間綜 合特性，另外，對于來自同一個突軸的信息，神經(jīng)元可以對于不同時間傳入的信息進行 綜合，即神經(jīng)元對信息有時間綜合特性。 2. 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其特性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其特性 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以生理學(xué)上的真實人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能，以及若干基本

23、特性的 某種理論抽象、簡化和模擬而構(gòu)成的一種信息處理系統(tǒng)。 數(shù)學(xué)上的神經(jīng)元模型和生物學(xué)上的神經(jīng)細(xì)胞對應(yīng)。即：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是用神經(jīng) 元這種抽象的數(shù)學(xué)模型來描述客觀世界的生物細(xì)胞的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由許多神經(jīng)元互連在 一起所組成的神經(jīng)結(jié)構(gòu)，把神經(jīng)元之間相互作用的關(guān)系進行數(shù)學(xué)模型化就得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在目前已有幾十種不同的模型。較多用的是 Hopfield 網(wǎng)絡(luò)、BP 網(wǎng)絡(luò)、 Kohonen 網(wǎng)絡(luò)和 ART 網(wǎng)絡(luò)，它具有以下特性8： (1) 分布存儲與容錯性； (2) 大規(guī)模并行處理； (3) 自學(xué)習(xí)、自組織和自適應(yīng)性； (4) 神經(jīng)元可處理一些環(huán)境信息十分復(fù)雜、知識背景不清楚和推理規(guī)則不明

24、確的問 題。 1.2.21.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 縱觀神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史，其發(fā)展過程大致可以概括為如下四個階段： 第一階段：第一階段：這是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論研究的奠基階段，以 McCulloch 和 Pitts 提出 MP 模型 為標(biāo)志，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拉開了研究的序幕。神經(jīng)生物學(xué)家 Hebb 于 1949 年提出了連接權(quán)值強 化的 Hebb 法則。Hebb 法則為構(gòu)造具有學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型奠定了基礎(chǔ)。1954 年， 生理學(xué)家 Eccles 提出了真實突觸的分流模型，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬突觸的功能提供了原型和 生理學(xué)的證據(jù)。 第二階段：第二階段：1958 年，Rosenblatt 在原

25、有 MP 模型的基礎(chǔ)上增加了學(xué)習(xí)機制。他提出 的感知器模型，首次把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論付諸工程實現(xiàn)，他的成功之舉大大激發(fā)了眾多學(xué)者 對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的興趣。Rosenblatt 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包含了一些現(xiàn)代神經(jīng)計算機的基本原理， 從而形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和技術(shù)的重大突破。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究迎來了第一次高潮期。1960 年，Widrow 和 Hoff 提出了 ADALINE 網(wǎng)絡(luò)模型，可以用于自適應(yīng)系統(tǒng)。意大利科學(xué)家 Caianiello 在神經(jīng)元模型中引入了不應(yīng)期特性，他提出了一個的神經(jīng)方程，這是生物神 經(jīng)元動力學(xué)模型構(gòu)造歷史上又一非常重要的神經(jīng)方程。Grossberg 從信息處理的角度， 研究了自組織性、自穩(wěn)定性

26、和自調(diào)節(jié)律;日本科學(xué)家 Amari 注重把生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的行為與 嚴(yán)格的數(shù)學(xué)描述相結(jié)合，尤其是對信任問題數(shù)學(xué)求解研究得出一定成果;Willshaw 等人 提出了一種稱為全息音的模型，為利用光學(xué)原理實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)奠定了理論基礎(chǔ);Nilsson 對多層機即有隱層的廣義認(rèn)知機作了精辟的論述等等。上述成果足以表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究 已獲得了廣泛的成功。 第三階段：第三階段： Minsky 和 Papert 于 1969 年在 Perceptrons 著作中，指出簡單的線性感 知器的功能是有限的，它無法解決線性不可分的兩類樣本的分類問題。這一論斷給當(dāng)時 人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的研究帶來了沉重的打擊。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展一時

27、間步入了低潮期。 可喜的是，仍有少數(shù)具有遠(yuǎn)見卓識的科學(xué)家持之以恒地繼續(xù)這一領(lǐng)域的研究，另有一些 科學(xué)家在此期間新投入到這一領(lǐng)域中。1976 年，Grossberg 提出了自適應(yīng)共振理論(ART)， 其學(xué)習(xí)過程有自組織和自穩(wěn)定的特征。Werbos 提出了有一定實用價值的 BP 理論及反向 傳播原理。Kohonen 在一本專著中闡述了全息存儲器與聯(lián)想存儲器的關(guān)系，后來他又提 出了自組織映射網(wǎng)絡(luò)模型。他們的工作為日后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論研究的又一次高漲打下了堅 實的基礎(chǔ)。 第四階段：第四階段：這是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論研究的主要發(fā)展時期。1982 年，美國國家科學(xué)院的刊 物上發(fā)表了著名的 Hopfield 模型的理論

28、，使人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造和學(xué)習(xí)有了理論指導(dǎo)， 在 Hopfield 模型的影響下，大量學(xué)者又激發(fā)起研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的熱情，積極投身于這一學(xué) 術(shù)領(lǐng)域中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論研究很快便迎來了第二次高潮。1983 年，Kirkpatrick 等人認(rèn)識 到模擬退火算法可用于 NP 完全組合優(yōu)化問題的求解，1984 年，Hinton 與年輕學(xué)者 Sejnowski 等合作提出了大規(guī)模并行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)機，并明確提出隱單元的概念，這種學(xué)習(xí) 機后來被稱為 Boltzmann 機。1987 年，在美國加州召開了第一屆國際神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大會，并 成立了國際神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)會。此后每年召開兩次國際聯(lián)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大會(IJCNN)。不久， 該學(xué)會創(chuàng)

29、辦了刊物 Journal Neural Networks ，另有十幾種國際著名的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)刊物 相繼問世。至此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論研究在國際學(xué)術(shù)領(lǐng)域獲得了其應(yīng)有的地位。1989 年 10 月，我國在北京召開了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用討論會，1990 年 12 月，我國首屆神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué) 術(shù)大會在北京召開。90 年代中后期，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究步入了一個新的發(fā)展時期，一方面已 有理論在不斷深化和得到進一步推廣，另一方面，新的理論和方法，一些新的發(fā)展方向 也非常地引人關(guān)注。以光學(xué)方法來實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由于能充分發(fā)揮光 學(xué)強大的互連能力和并行處理能力，因而受到重視；隨著人們發(fā)現(xiàn)人腦中存在著混沌現(xiàn) 象，一些科學(xué)

30、家進而又提出了混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論；考慮到人的思維及表達(dá)上常具有模糊 性，一些學(xué)者把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究與模糊系統(tǒng)聯(lián)系起來，從而導(dǎo)致了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生。 1.2.31.2.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論在模式識別、自動控制、信號 處理、輔助決策、人工智能等眾多研究領(lǐng)域取得了廣泛的成功。關(guān)于學(xué)習(xí)、聯(lián)想和記憶 等具有智能特點過程的機理及其模擬方面的研究正受到人們越來越多的重視。人們對借 助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究解開人類思維之謎寄予了很大的希望，美國國防部 DARPA 把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 看作是解決機器智能問題的唯一辦法。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有9-11： 模式識別與圖像處理。包括字符識別，語音識別，人臉識別，RNA 與 DNA 序列分 析，癌細(xì)胞識別，目標(biāo)檢測與識別，心電圖、腦電圖分類，油氣藏檢測，加速器故障檢 測，電機故障檢測，圖像壓縮與復(fù)原。 控制與優(yōu)化。工