Spiking Neural Network Adapted to the Shortest Path Problem

Authors

  • Manuel Mejía-Lavalle Tecnológico Nacional de México / Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) Interior Internado Palmira SN, 62490 Palmira, Cuernavaca, Morelos, México
  • José Jesús Paredes-Cano Tecnológico Nacional de México / Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) Interior Internado Palmira SN, 62490 Palmira, Cuernavaca, Morelos, México
  • Dante Mújica-Vargas Tecnológico Nacional de México / Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) Interior Internado Palmira SN, 62490 Palmira, Cuernavaca, Morelos, México
  • Andrea MagadánSalazar Tecnológico Nacional de México / Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) Interior Internado Palmira SN, 62490 Palmira, Cuernavaca, Morelos, México

DOI:

https://doi.org/10.30973/progmat/2019.11.2/1

Keywords:

Spiking Neural Network, Optimization, Shortest Path Problem, Knowledge Explicitation, Parallel Design

Abstract

The efficient solution of the shortest path problem has applications in such important and current areas as robotics, telecommunications, operations research, game theory, computer networks, internet, industrial design, transport phenomena, design of electronic circuits and others, so it is a subject of great interest in the area of combinatorial optimization. In the present work, we describe a Spiking Artificial Neural Network capable of efficiently attack the problem of the shortest path between two nodes. Once the Spiking Network finds the target node at minimum cost, an extraction or Knowledge Explicitation of this Network is performed to recover the final trajectory. Due to the parallel design of the Neural Network presented here, this solution approach can be highly competitive, as observed from the good results obtained in the experimental phase, even in cases with thousands of nodes.

Author Biographies

Manuel Mejía-Lavalle, Tecnológico Nacional de México / Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) Interior Internado Palmira SN, 62490 Palmira, Cuernavaca, Morelos, México

Es Doctor en Ciencias Computacionales por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM) y profesor - investigador en el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico / TecNM. Pertenece al IEEE habiendo sido presidente del Capítulo de Computación de la Sección Morelos, México en el período 2011-2012. Cuenta con Perfil Deseable PRODEP. Ha pertenecido también al Sistema Nacional de Investigadores, al Sistema Estatal de Investigadores (Morelos), a la Sociedad Mexicana de Inteligencia Artificial, y a la Academia Nacional de Investigación en Ciencias Computacionales. Investiga principalmente en el área de Inteligencia Artificial y de las Redes Neuronales Artificiales.

José Jesús Paredes-Cano, Tecnológico Nacional de México / Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) Interior Internado Palmira SN, 62490 Palmira, Cuernavaca, Morelos, México

Actualmente es estudiante de la Maestría en Ciencias Computacionales con especialidad en Inteligencia Artificial en el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) perteneciente al Tecnológico Nacional de México (TecNM), desarrollando el tema de tesis “Redes neuronales pulsantes como alternativa para la optimización de trayectorias”. Es Ingeniero en Telemática por la Universidad Politécnica del Estado de Guerrero. En 2015 realizó una estadía en el CENIDET con el tema “Comunicación mediante conexión en red de dos motores de inducción trifásicos. Sus áreas de investigación son las Redes Neuronales Artificiales, en especial las de Tercera Generación aplicadas a resolver problemas de optimización.

Dante Mújica-Vargas, Tecnológico Nacional de México / Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) Interior Internado Palmira SN, 62490 Palmira, Cuernavaca, Morelos, México

Obtuvo los grados de Dr. en Comunicaciones y Electrónica, así como el de Maestro en Ciencias en Ingeniería Electrónica en la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación del Instituto Politécnico Nacional. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) nivel I, miembro honorífico del Sistema Estatal de Investigadores (Morelos) y cuenta con el reconocimiento al Perfil Deseable. Ha publicado más de 10 artículos en revistas indizadas en el JCR, principalmente en Springer, Elsevier e IEEE. Su trabajo de investigación está enfocado en el Procesamiento Digital de Imágenes, Aprendizaje Profundo, Agrupamiento Difuso, Aceleración de algoritmos mediante GPU’s, así como Robótica Móvil Probabilística.

Andrea MagadánSalazar, Tecnológico Nacional de México / Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) Interior Internado Palmira SN, 62490 Palmira, Cuernavaca, Morelos, México

Es Doctora en Tecnologías de la Información y Sistemas Informáticos por la Universidad Rey Juan Carlos del país de España, obteniendo el título en el año 2016. Es Maestra en Ciencias, en Ciencias de la Computación, por el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) perteneciente al Tecnológico Nacional de México (TecNM), en Cuernavaca, Morelos, México, titulada en el año de 1999. Licenciada en Informática por el Instituto Tecnológico de Zacatepec, Morelos, México, con título del año de 1995. Sus áreas de interés son principalmente el Reconocimiento de Patrones, el Aprendizaje de Máquina y la Visión Artificial, entre otras.

References

Moustapha, D., Mark, K., Advances in combinatorial optimization, World Scientific, 2016.

Thulasiraman, K., Arumugam, S., et al., Handbook of graph theory, CRC Press, 2016.

Beck, A., First-Order Methods in Optimization, Vol 25 de MOS-SIAM Series on optimization, 2017.

Daniel, G., Principles of artificial neural networks, World Scientific, 2013.

Lindblad, T., Kinser, J., Image processing using pulse-coupled neural networks, Springer, 1998.

Chuanli, Z., Jinzheng, R., Elicitation of decision maker preference by artificial neural networks, IEEE Int.Conf. on Neural networks and brain, 2005. https://doi.org/10.1109/ICNNB.2005.1614956

Ma, Y., Zhan, K., Wang, Z., Applications of pulse–coupled neural networks, Springer, 2011.

Kirk, D., GPU Gems, Addison-Wesley, 2004.

Computer science. Recuperado en abril 2018, de https://cs.stackexchange.com/questions/1151/whereto-get-graphs-to-test-my-search-algorithms-against.

Brinkhoff, T., Recuperado en abril 2018, de https://www.cs.utah.edu/~lifeifei/SpatialDataset.htm .

Syed, U.A., Kunwar, F., Iqbal, M., Guided autowave pulse coupled neural network (GAPCNN) based real time path planning and an obstacle avoidance scheme for mobile robots, Robotics and autonomous systems, 62, 2014, 474-486. https://doi.org/10.1016/j.robot.2013.12.004

Published

2019-06-28

How to Cite

Mejía-Lavalle, M., Paredes-Cano, J. J., Mújica-Vargas, D., & MagadánSalazar, A. (2019). Spiking Neural Network Adapted to the Shortest Path Problem. Programación Matemática Y Software, 11(2), 1–9. https://doi.org/10.30973/progmat/2019.11.2/1