Human learners can readily understand speech, or a melody, when it is presented slower or faster than usual. Although deep convolutional neural networks (CNNs) are extremely powerful in extracting information from time series, they require explicit training to generalize to different time scales. This paper presents a deep CNN that incorporates a temporal representation inspired by recent findings from neuroscience. In the mammalian brain, time is represented by populations of neurons with temporal receptive fields. Critically, the peaks of the receptive fields form a geometric series, such that the population codes a set of temporal basis functions over log time. Because memory for the recent past is a function of log time, rescaling the input results in translation of the memory. The Scale-Invariant Temporal History Convolution network (SITHCon) builds a convolutional layer over this logarithmically-distributed temporal memory. A max-pool operation results in a network that is invariant to rescalings of time modulo edge effects. We compare performance of SITHCon to a Temporal Convolution Network (TCN). Although both networks can learn classification and regression problems on both univariate and multivariate time series f(t), only SITHCon generalizes to rescalings f(at). This property, inspired by findings from contemporary neuroscience and consistent with findings from cognitive psychology, may enable networks that learn with fewer training examples, fewer weights and that generalize more robustly to out of sample data.
翻译:人类学习者可以很容易地理解语言或旋律, 当它比通常更慢或更快地展示时, 当它表现得比通常更慢或更快时, 人类学习者可以很容易地理解语言或旋律。 虽然深相神经神经网络(CNNs)在从时间序列中提取信息方面非常强大, 但是它们需要明确的培训, 以便向不同的时间尺度概括信息。 本文展示了一个深度CNN, 其中包含由神经科学最近发现所启发的时空表达。 在哺乳动物大脑中, 时间代表的是具有时间可接受字段的神经人群体群体。 关键地说, 接受域的峰值形成一个几何数序列, 这样, 人口在日志时间序列中将一组时间基础功能编码。 因为最近过去的记忆是日志时间的函数, 调整记忆转换输入结果的输入结果。 规模- 规模- 变化中的时空历史共变网络( SITCOCon) 构建了一个演化的进化层层层层层层层层层层层层层层层层层层层层层层层层层层层层层层, 才能从一般的内化和历史结构层层层层层层层层层层层层层层结构中学习进化, 。 只能从一般性化到不断进化、 、 性变化的内研变化、 性变化、 、 、 、 、 和后化、 性化的内变化、 性学变化学变化的内化、 、 、 、 性学变化、 、 性化、 性化、 性化、 性化、 和性学变化、 性学变化、 性学变化、 、 性学变化、 、 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性