Bio-inspired learning has been gaining popularity recently given that Backpropagation (BP) is not considered biologically plausible. Many algorithms have been proposed in the literature which are all more biologically plausible than BP. However, apart from overcoming the biological implausibility of BP, a strong motivation for using Bio-inspired algorithms remains lacking. In this study, we undertake a holistic comparison of BP vs. multiple Bio-inspired algorithms to answer the question of whether Bio-learning offers additional benefits over BP, rather than just biological plausibility. We test Bio-algorithms under different design choices such as access to only partial training data, resource constraints in terms of the number of training epochs, sparsification of the neural network parameters and addition of noise to input samples. Through these experiments, we notably find two key advantages of Bio-algorithms over BP. Firstly, Bio-algorithms perform much better than BP when the entire training dataset is not supplied. Four of the five Bio-algorithms tested outperform BP by upto 5% accuracy when only 20% of the training dataset is available. Secondly, even when the full dataset is available, Bio-algorithms learn much quicker and converge to a stable accuracy in far lesser training epochs than BP. Hebbian learning, specifically, is able to learn in just 5 epochs compared to around 100 epochs required by BP. These insights present practical reasons for utilising Bio-learning rather than just its biological plausibility and also point towards interesting new directions for future work on Bio-learning.


翻译:由生物启发的学习最近越来越受欢迎, 因为 Back propation (BP) 并不被认为在生物学上可信。 许多算法已经在文献中提出, 而这些算法在生物学上比 BP 更可信。 然而, 除了克服 BP 的生物不可信之外, 使用 BP 生物学上受生物启发的算法的强烈动机仍然缺乏。 在这项研究中, 我们对 BP 和 多个受生物启发的算法进行整体比较, 以解答 BP 是否比 BP 更具有实际意义。 我们测试了不同设计选择下的 Bio-althoithm 的生物- 。 我们测试了不同设计选择下的 Bio-althom, 例如只访问部分培训数据、 神经网络参数和输入样本的音异性资源限制。 通过这些实验, 我们发现生物- 生物- 水平的算法比 BP 更有意义, 当整个培训数据集不能提供时, 生物学得更好。 五个 BOalth-althm- 的精确性, 当现有的B- preforia- preal- relement relestem sal sess releach relement 需要 20 和Bal settlement 需要 5 mess

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