Photonic accelerators have been intensively studied to provide enhanced information processing capability to benefit from the unique attributes of physical processes. Recently, it has been reported that chaotically oscillating ultrafast time series from a laser, called laser chaos, provides the ability to solve multi-armed bandit (MAB) problems or decision-making problems at GHz order. Furthermore, it has been confirmed that the negatively correlated time-domain structure of laser chaos contributes to the acceleration of decision-making. However, the underlying mechanism of why decision-making is accelerated by correlated time series is unknown. In this paper, we demonstrate a theoretical model to account for the acceleration of decision-making by correlated time sequence. We first confirm the effectiveness of the negative autocorrelation inherent in time series for solving two-armed bandit problems using Fourier transform surrogate methods. We propose a theoretical model that concerns the correlated time series subjected to the decision-making system and the internal status of the system therein in a unified manner, inspired by correlated random walks. We demonstrate that the performance derived analytically by the theory agrees well with the numerical simulations, which confirms the validity of the proposed model and leads to optimal system design. The present study paves the new way for the effectiveness of correlated time series for decision-making, impacting artificial intelligence and other applications.


翻译:对光学加速器进行了深入的研究,以提供强化的信息处理能力,从而受益于物理过程的独特特性。最近,据报道,激光(称为激光混乱)对超快时间序列的超快时间序列进行杂乱无序的振动,提供了在GHz秩序下解决多武装土匪(MAB)问题或决策问题的能力。此外,还证实激光混乱的负相关时间-主要结构有助于加速决策。然而,相关时间序列加速决策的基本机制并不为人所知。在本文件中,我们展示了一种理论模型,用以说明通过相关时间序列加速决策的加速。我们首先确认使用Fourier变形代孕方法解决两只武装土匪问题的时间序列中固有的负自动回旋效应的有效性。我们提出了一个理论模型,涉及受决策系统制约的关联时间序列和系统内部状况,并受到相关随机行的启发。我们证明,根据该理论分析得出的绩效与数字模拟十分吻合,这证实了当前设计模型和模型最佳设计方法的正确性。

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