Despite the tremendous success, existing machine learning models still fall short of human-like systematic generalization -- learning compositional rules from limited data and applying them to unseen combinations in various domains. We propose Neural-Symbolic Recursive Machine (NSR) to tackle this deficiency. The core representation of NSR is a Grounded Symbol System (GSS) with combinatorial syntax and semantics, which entirely emerges from training data. Akin to the neuroscience studies suggesting separate brain systems for perceptual, syntactic, and semantic processing, NSR implements analogous separate modules of neural perception, syntactic parsing, and semantic reasoning, which are jointly learned by a deduction-abduction algorithm. We prove that NSR is expressive enough to model various sequence-to-sequence tasks. Superior systematic generalization is achieved via the inductive biases of equivariance and recursiveness embedded in NSR. In experiments, NSR achieves state-of-the-art performance in three benchmarks from different domains: SCAN for semantic parsing, PCFG for string manipulation, and HINT for arithmetic reasoning. Specifically, NSR achieves 100% generalization accuracy on SCAN and PCFG and outperforms state-of-the-art models on HINT by about 23%. Our NSR demonstrates stronger generalization than pure neural networks due to its symbolic representation and inductive biases. NSR also demonstrates better transferability than existing neural-symbolic approaches due to less domain-specific knowledge required.


翻译:尽管取得了巨大成功,但现有的机器学习模式仍然没有达到人性化系统化的系统化概括化 -- -- 从有限的数据中学习构成规则,并将其应用于各个领域的无形组合。我们提出神经-双曲校正机(NSR)以解决这一缺陷。NSR的核心代表是一个有组合语法和语义的固定符号系统(GSS),它完全产生于培训数据。类似于神经科学研究,它建议为感知、合成和语义处理分别建立大脑系统,NSR在三个不同领域采用类似不同的神经感知、合成偏向和语义推理模块化。我们通过推算算算算方法共同学习了神经-共和曲调和语义推理。我们证明,NSR的核心代表是一个基础化系统化系统化系统化系统化系统化系统化系统化,这完全来自培训数据。在NSR(NSR)的感知觉、合成和语义处理中,NRCF-SR(NCR)在三个领域采用比现在的正态的正态方法性、超正弦性内行法化,在SICG(SICG)进行更精确的系统化和SICFG)的系统化中,并演示。

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