Reservoir computing has repeatedly been shown to be extremely successful in the prediction of nonlinear time-series. However, there is no complete understanding of the proper design of a reservoir yet. We find that the simplest popular setup has a harmful symmetry, which leads to the prediction of what we call mirror-attractor. We prove this analytically. Similar problems can arise in a general context, and we use them to explain the success or failure of some designs. The symmetry is a direct consequence of the hyperbolic tangent activation function. Further, four ways to break the symmetry are compared numerically: A bias in the output, a shift in the input, a quadratic term in the readout, and a mixture of even and odd activation functions. Firstly, we test their susceptibility to the mirror-attractor. Secondly, we evaluate their performance on the task of predicting Lorenz data with the mean shifted to zero. The short-time prediction is measured with the forecast horizon while the largest Lyapunov exponent and the correlation dimension are used to represent the climate. Finally, the same analysis is repeated on a combined dataset of the Lorenz attractor and the Halvorsen attractor, which we designed to reveal potential problems with symmetry. We find that all methods except the output bias are able to fully break the symmetry with input shift and quadratic readout performing the best overall.


翻译:储量计算在预测非线性时间序列时序时多次显示非常成功。 然而, 尚未完全理解储油层的适当设计。 我们发现最简单、 最受欢迎的设置具有有害的对称性, 导致预测我们所称的镜子吸引器。 我们通过分析来证明这一点。 类似的问题可能会在一般情况下出现, 我们用它们来解释某些设计的成败。 对称性是超双曲线映像激活功能的直接结果。 此外, 打破对称的四种方法在数字上比较: 输出偏差、 输入变化、 读出中的四边词、 偶而 奇异的激活功能的混合。 首先, 我们测试它们是否适合镜像吸引器。 其次, 我们评估它们在预测洛伦茨数据的任务中的性能, 将平均值转换为零。 短期预测是用预测地平线测量, 而最大的 Lyapunov 显示和关联维度则用四种方法来代表气候。 最后, 我们设计了同样的分析, 与整个图像分析重复了我们所设计的“ 色” 和“ ” 组合, 显示“ 方向” 的“ 分析, 我们所设计的“ 分析” 和“ 的“ ” 分析” 完全的“ 模拟” 都重复了“ 模拟” 和“ 模拟” 的“ 和“ ” 的“ 的“ ” 的“ ” 的” 和” 演示” 和“ 的“ 的“ ” 的” 的“总” 的“结果” 的” 的“结果” 的”, 的“ 的“ 的” 和” 的“结果” 的“结果” 的“结果” 的“结果” 的“结果” 都重复了“结果” 和” ” 的“结果” 的“结果” ” ” 的“结果” 和” 。

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