While the utility of well-chosen abstractions for understanding and predicting the behaviour of complex systems is well appreciated, precisely what an abstraction $\textit{is}$ has so far has largely eluded mathematical formalization. In this paper, we aim to set out a mathematical theory of abstraction. We provide a precise characterisation of what an abstraction is and, perhaps more importantly, suggest how abstractions can be learnt directly from data both for static datasets and for dynamical systems. We define an abstraction to be a small set of `summaries' of a system which can be used to answer a set of queries about the system or its behaviour. The difference between the ground truth behaviour of the system on the queries and the behaviour of the system predicted only by the abstraction provides a measure of the `leakiness' of the abstraction which can be used as a loss function to directly learn abstractions from data. Our approach can be considered a generalization of classical statistics where we are not interested in reconstructing `the data' in full, but are instead only concerned with answering a set of arbitrary queries about the data. While highly theoretical, our results have deep implications for statistical inference and machine learning and could be used to develop explicit methods for learning precise kinds of abstractions directly from data.


翻译:虽然人们非常赞赏为理解和预测复杂系统的行为而选取的抽象概念的有用性,但精确地说,到目前为止,抽象的美元(textit{is})在数学正规化方面基本上没有被接受。在本文中,我们的目标是提出抽象的数学理论;我们提供抽象概念的确切特征,也许更重要的是,我们建议如何直接从数据中为静态数据集和动态系统所选取的抽象概念。我们定义的抽象概念是一个系统的小“摘要”,它可用于回答关于系统或其行为的一系列询问。系统在查询方面的地面真相行为与系统行为之间的差异,只是通过抽象概念所预测的系统行为提供了一种衡量抽象概念的“明晰性”的尺度,可以用来作为直接从数据中学习抽象内容的一种损失函数。我们的方法可以被视为一种典型统计数据的概括性,我们不感兴趣“数据”的完整重建,而是只关注对数据及其行为的一系列武断查询的答案。虽然我们所使用的精确的统计结果的高度理论性,但从机器中可以直接学习。

0
下载
关闭预览

相关内容

《行为与认知机器人学》,241页pdf
专知会员服务
52+阅读 · 2021年4月11日
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
122+阅读 · 2020年11月20日
专知会员服务
53+阅读 · 2020年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
意识是一种数学模式
CreateAMind
3+阅读 · 2019年6月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
动物脑的好奇心和强化学习的好奇心
CreateAMind
10+阅读 · 2019年1月26日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
50+阅读 · 2020年12月20日
The Measure of Intelligence
Arxiv
6+阅读 · 2019年11月5日
Learning by Abstraction: The Neural State Machine
Arxiv
6+阅读 · 2019年7月11日
Arxiv
3+阅读 · 2018年10月5日
VIP会员
相关VIP内容
《行为与认知机器人学》,241页pdf
专知会员服务
52+阅读 · 2021年4月11日
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
122+阅读 · 2020年11月20日
专知会员服务
53+阅读 · 2020年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
意识是一种数学模式
CreateAMind
3+阅读 · 2019年6月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
动物脑的好奇心和强化学习的好奇心
CreateAMind
10+阅读 · 2019年1月26日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员