A Bio-Inspired Spiking Neural Network with Few-Shot Class-Incremental Learning for Gas Recognition

支持向量机 人工神经网络 人工智能 主成分分析 稳健性(进化) 模式识别(心理学) 计算机科学 机器学习 灵敏度(控制系统) 易燃液体 数据挖掘 工程类 化学 基因 生物化学 电子工程 废物管理
作者
Dexuan Huo,Jilin Zhang,Xinyu Dai,Pingping Zhang,Shumin Zhang,Xiao Yang,Jiachuang Wang,Mengwei Liu,Xuhui Sun,Hong Chen
出处
期刊:Sensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:23 (5): 2433-2433 被引量:9
标识
DOI:10.3390/s23052433
摘要

The sensitivity and selectivity profiles of gas sensors are always changed by sensor drifting, sensor aging, and the surroundings (e.g., temperature and humidity changes), which lead to a serious decline in gas recognition accuracy or even invalidation. To address this issue, the practical solution is to retrain the network to maintain performance, leveraging its rapid, incremental online learning capacity. In this paper, we develop a bio-inspired spiking neural network (SNN) to recognize nine types of flammable and toxic gases, which supports few-shot class-incremental learning, and can be retrained quickly with a new gas at a low accuracy cost. Compared with gas recognition approaches such as support vector machine (SVM), k-nearest neighbor (KNN), principal component analysis (PCA) +SVM, PCA+KNN, and artificial neural network (ANN), our network achieves the highest accuracy of 98.75% in five-fold cross-validation for identifying nine types of gases, each with five different concentrations. In particular, the proposed network has a 5.09% higher accuracy than that of other gas recognition algorithms, which validates its robustness and effectiveness for real-life fire scenarios.
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