Given an image of a white shoe drawn on a blackboard, how are the white pixels deemed (say by human minds) to be informative for recognizing the shoe without any labeling information on the pixels? Here we investigate such a ``white shoe'' recognition problem from the perspective of tensor network (TN) machine learning and quantum entanglement. Utilizing a generative TN that captures the probability distribution of the features as quantum amplitudes, we propose an unsupervised recognition scheme of informative features with the variations of entanglement entropy (EE) caused by designed measurements. In this way, a given sample, where the values of its features are statistically meaningless, is mapped to the variations of EE that statistically characterize the gain of information. We show that the EE variations identify the features that are critical to recognize this specific sample, and the EE itself reveals the information distribution of the probabilities represented by the TN model. The signs of the variations further reveal the entanglement structures among the features. We test the validity of our scheme on a toy dataset of strip images, the MNIST dataset of hand-drawn digits, the fashion-MNIST dataset of the pictures of fashion articles, and the images of brain cells. Our scheme opens the avenue to the quantum-inspired and interpreted unsupervised learning, which can be applied to, e.g., image segmentation and object detection.


翻译:根据在黑板上绘制的白色鞋的图像,白色象素(由人类思想认为)如何被认为具有识别鞋类而不在像素上加任何标签信息的信息?我们在这里从高温网络(TN)机器学习和量子纠缠的角度来调查“白鞋”的识别问题。我们利用一个基因化TN,以量子振幅的形式捕捉特征的概率分布,我们提议一个不受监督的识别机制,通过设计测量导致的纠结性(EEE)变异,使白象素(由人类思想认为)被认为具有识别鞋类而不在像素上加任何标签信息的信息。这样,一个给定的样本,其特征的值在统计上毫无意义,被映射到EEE的变异,从统计角度描述信息的增益。我们显示,EEE变异能确定了对识别该特定样本至关重要的特征,ENTMIS模型本身揭示了特征的概率分布。变异性迹象可以进一步揭示各特征之间的纠结结构。我们测试了我们的系统图的正确性图象集,将条形图解的图像转换为Stenta-develyal 、MISTISDISDIS的图像的图解的图案,以及MISMI制的智能数据结构的数据结构。

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