In this paper we investigate the equilibrium properties of bidirectional associative memories (BAMs). Introduced by Kosko in 1988 as a generalization of the Hopfield model to a bipartite structure, the simplest architecture is defined by two layers of neurons, with synaptic connections only between units of different layers: even without internal connections within each layer, information storage and retrieval are still possible through the reverberation of neural activities passing from one layer to another. We characterize the computational capabilities of a stochastic extension of this model in the thermodynamic limit, by applying rigorous techniques from statistical physics. A detailed picture of the phase diagram at the replica symmetric level is provided, both at finite temperature and in the noiseless regime. An analytical and numerical inspection of the transition curves (namely critical lines splitting the various modes of operation of the machine) is carried out as the control parameters - noise, load and asymmetry between the two layer sizes - are tuned. In particular, with a finite asymmetry between the two layers, it is shown how the BAM can store information more efficiently than the Hopfield model by requiring less parameters to encode a fixed number of patterns. Comparisons are made with numerical simulations of neural dynamics. Finally, a low-load analysis is carried out to explain the retrieval mechanism in the BAM by analogy with two interacting Hopfield models. A potential equivalence with two coupled Restricted Boltmzann Machines is also discussed.


翻译:在本文中,我们调查双向关联记忆(BAMS)的平衡特性。 由Kosko于1988年作为Hopfield模型的概括性通用模型引入到双面结构中, 最简单的结构由两层神经元来定义, 不同层的单位之间只有合成连接: 即使没有各层的内部连接, 信息存储和检索仍有可能通过神经活动从一层传到另一层的回调来进行。 我们通过应用统计物理学的严格技术, 来描述热力极限中这一模型的随机扩展的计算能力。 提供复制性对称层次层次层次层次层次图的详细图, 在有限的温度和无噪音的系统下, 由两层之间进行分析和数字检查: 通过控制参数( 噪音、 负荷和 两个层大小之间的不对称) 来调整控制参数。 特别通过两个层之间的固定的对称性对称, 显示BAM 如何将信息储存得比复制性对称层次层次层次的图层图。 最终, 将双级的对过渡曲线模型和双级的对数值的对等模型加以解释,, 将进行精确的对等比对等模型进行精确的对等分析, 。 将最后对等模型进行两次对等式的对等式分析, 将进行两次对等式分析, 将进行两次对等式的对等式对等式分析, 将进行两次对等式分析, 将进行两次对等式分析, 。

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