Spiking neural networks, also often referred to as the third generation of neural networks, carry the potential for a massive reduction in memory and energy consumption over traditional, second-generation neural networks. Inspired by the undisputed efficiency of the human brain, they introduce temporal and neuronal sparsity, which can be exploited by next-generation neuromorphic hardware. To open the pathway toward engineering applications, we introduce this exciting technology in the context of continuum mechanics. However, the nature of spiking neural networks poses a challenge for regression problems, which frequently arise in the modeling of engineering sciences. To overcome this problem, a framework for regression using spiking neural networks is proposed. In particular, a network topology for decoding binary spike trains to real numbers is introduced, utilizing the membrane potential of spiking neurons. As the aim of this contribution is a concise introduction to this new methodology, several different spiking neural architectures, ranging from simple spiking feed-forward to complex spiking long short-term memory neural networks, are derived. Several numerical experiments directed towards regression of linear and nonlinear, history-dependent material models are carried out. A direct comparison with counterparts of traditional neural networks shows that the proposed framework is much more efficient while retaining precision and generalizability. All code has been made publicly available in the interest of reproducibility and to promote continued enhancement in this new domain.


翻译:螺旋神经网络,也常常被称为第三代神经网络,具有大规模减少传统第二代神经网络记忆和能量消耗的潜力,具有大规模减少传统第二代神经网络记忆和能量消耗的潜力。在人类大脑无可争议的效率的启发下,它们引入了时间和神经紧张性,可以由下一代神经变形硬件加以利用。为了打开通往工程应用的路径,我们在连续力力学的背景下引入了这种令人兴奋的技术。然而,神经网络的涌现性质对回归问题提出了挑战,而这种问题经常出现在工程科学的模型中。为了克服这一问题,提出了使用神经网络的螺旋回流框架。特别是,引入了将二进级峰列解码变为真实数字的网络表层学,利用神经神经突变的膜潜力加以利用。由于这一贡献的目的是简明扼要地介绍这一新方法,因此出现了几种不同的神经结构,从简单的冲刷进到复杂的短期记忆神经网络模拟中经常出现的问题。 几次数字实验都针对线性和非线性神经网络的回归性,同时在公开的精确性网络中进行直接的对比,所有历史变现式模型都是持续的。

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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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