Neural networks are high-dimensional nonlinear dynamical systems that process information through the coordinated activity of many interconnected units. Understanding how biological and machine-learning networks function and learn requires knowledge of the structure of this coordinated activity, information contained in cross-covariances between units. Although dynamical mean field theory (DMFT) has elucidated several features of random neural networks -- in particular, that they can generate chaotic activity -- existing DMFT approaches do not support the calculation of cross-covariances. We solve this longstanding problem by extending the DMFT approach via a two-site cavity method. This reveals, for the first time, several spatial and temporal features of activity coordination, including the effective dimension, defined as the participation ratio of the spectrum of the covariance matrix. Our results provide a general analytical framework for studying the structure of collective activity in random neural networks and, more broadly, in high-dimensional nonlinear dynamical systems with quenched disorder.


翻译:神经网络是高维的非线性动态系统,通过许多相互关联的单元的协调活动处理信息。了解生物和机器学习网络如何运作和学习需要了解这一协调活动的结构,这种信息存在于各个单元之间的交叉变量中。虽然动态平均实地理论(DMFT)已经阐明了随机神经网络的若干特征,特别是它们可能造成混乱活动,但现有的DMFT方法并不支持跨变量的计算。我们通过两处的洞穴法扩大DMFT方法,解决了这一长期问题。这第一次揭示了活动协调的若干空间和时间特征,包括有效维度,被定义为共变矩阵的频谱的参与率。我们的成果为研究随机神经网络中集体活动的结构,以及更广泛地说,在高维非线性的非线性动态系统中研究结肠系统的集体活动结构提供了一个一般性分析框架。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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