Deep learning has redefined the field of artificial intelligence (AI) thanks to the rise of artificial neural networks, which are architectures inspired by their neurological counterpart in the brain. Through the years, this dualism between AI and neuroscience has brought immense benefits to both fields, allowing neural networks to be used in dozens of applications. These networks use an efficient implementation of reverse differentiation, called backpropagation (BP). This algorithm, however, is often criticized for its biological implausibility (e.g., lack of local update rules for the parameters). Therefore, biologically plausible learning methods that rely on predictive coding (PC), a framework for describing information processing in the brain, are increasingly studied. Recent works prove that these methods can approximate BP up to a certain margin on multilayer perceptrons (MLPs), and asymptotically on any other complex model, and that zero-divergence inference learning (Z-IL), a variant of PC, is able to exactly implement BP on MLPs. However, the recent literature shows also that there is no biologically plausible method yet that can exactly replicate the weight update of BP on complex models. To fill this gap, in this paper, we generalize (PC and) Z-IL by directly defining them on computational graphs, and show that it can perform exact reverse differentiation. What results is the first biologically plausible algorithm that is equivalent to BP in the way of updating parameters on any neural network, providing a bridge between the interdisciplinary research of neuroscience and deep learning.


翻译:由于人工神经网络的兴起,人工神经网络(AI)重新定义了人工智能领域(AI),而人工神经网络的兴起是人造神经网络的兴起。多年来,人工神经科学与神经科学之间的这种二元主义为这两个领域带来了巨大的好处,使得神经网络可以用于数十种应用。这些网络使用高效的反向差异,称为反向偏移(BP ) 。然而,这种算法常常因其生物不可信而受到批评(例如,当地缺乏参数更新规则 ) 。因此,在生物学上,依赖预测的神经编码(PC)这一描述大脑信息处理的框架(PC)的深层次可信的学习方法正在日益受到研究。最近的工作证明,这些方法可以使BP在多层透视线(MLPs)上接近到一定的距离,而在其他复杂的模型上,零振动引力推导力学习(Z-IL),这是个人计算机的变异体,可以在MLPs上精确地应用 BP 。然而,最近的文献还显示,在描述大脑中不存在任何生物直观的对等值方法的对等值方法,而能够精确地复制BCLILLA的计算结果。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
25+阅读 · 2021年4月2日
专知会员服务
60+阅读 · 2020年3月19日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
13+阅读 · 2021年10月22日
Arxiv
13+阅读 · 2019年11月14日
VIP会员
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
25+阅读 · 2021年4月2日
专知会员服务
60+阅读 · 2020年3月19日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员