Inspired by predictive coding in neuroscience, we designed a bi-directional and recurrent neural net, namely deep predictive coding networks (PCN). It uses convolutional layers in both feedforward and feedback networks, and recurrent connections within each layer. Feedback connections from a higher layer carry the prediction of its lower-layer representation; feedforward connections carry the prediction errors to its higher-layer. Given image input, PCN runs recursive cycles of bottom-up and top-down computation to update its internal representations to reduce the difference between bottom-up input and top-down prediction at every layer. After multiple cycles of recursive updating, the representation is used for image classification. In training, the classification error backpropagates across layers and in time. With benchmark data (CIFAR-10/100, SVHN, and MNIST), PCN was found to always outperform its feedforward-only counterpart: a model without any mechanism for recurrent dynamics, and its performance tended to improve given more cycles of computation over time. In short, PCN reuses a single architecture to recursively run bottom-up and top-down process, enabling an increasingly longer cascade of non-linear transformation. For image classification, PCN refines its representation over time towards more accurate and definitive recognition.


翻译:在神经科学预测编码的启发下,我们设计了一个双向和经常性神经网,即深度预测编码网络(PCN),它使用进料反馈网络和反馈网络中的进化层,以及每个层内部的经常性连接。高层的反馈连接可以预测其较低层的代表性;进料前连接可以将预测错误传送到较高层。鉴于图像输入,PCN运行自下而上和自上而下的循环计算周期,以更新其内部代表结构,以减少每层自下而上输入和自上而下的预测之间的差异。在循环更新的多个周期后,该代表结构用于图像分类。在培训中,分类错误会回溯到各个层和时间。根据基准数据(CIFAR-10-100、SVHN和MNIST),发现PCN总是超越其向上偏重的对应结构:一个没有固定动态机制的模型,其性能随着时间推移而改善内部代表的周期。简而言,PCN再利用一个单一结构来不断循环地进行下向更精确的升级和向上层的升级。

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