Current deep learning architectures suffer from catastrophic forgetting, a failure to retain knowledge of previously learned classes when incrementally trained on new classes. The fundamental roadblock faced by deep learning methods is that deep learning models are optimized as "black boxes," making it difficult to properly adjust the model parameters to preserve knowledge about previously seen data. To overcome the problem of catastrophic forgetting, we propose utilizing an alternative "white box" architecture derived from the principle of rate reduction, where each layer of the network is explicitly computed without back propagation. Under this paradigm, we demonstrate that, given a pre-trained network and new data classes, our approach can provably construct a new network that emulates joint training with all past and new classes. Finally, our experiments show that our proposed learning algorithm observes significantly less decay in classification performance, outperforming state of the art methods on MNIST and CIFAR-10 by a large margin and justifying the use of "white box" algorithms for incremental learning even for sufficiently complex image data.


翻译:目前深层次的学习结构被灾难性的遗忘所困扰,在新课程的逐步培训中,没有保留以前学过班级的知识。深层次学习方法所面临的基本障碍是深层次学习模式被优化为“黑盒 ”, 使得难以适当调整模型参数以保存关于以往数据的知识。为了克服灾难性的遗忘问题,我们提议使用源自降低费率原则的替代“白盒”架构,即网络的每个层都明确计算而无需反向传播。在这个模式下,我们证明,鉴于经过培训的网络和新的数据班,我们的方法可以顺利地构建一个新的网络,与所有过去和新班一起进行联合培训。最后,我们的实验表明,我们拟议的学习算法观察到分类性能明显下降,大大超过MNIST和CIFAR-10的艺术方法水平,并证明使用“白盒”算法进行递增学习的理由,即使对于足够复杂的图像数据也是如此。

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