Spiking Neural Networks (SNNs) are biologically-inspired models that are capable of processing information in streams of action potentials. However, simulating and training SNNs is computationally expensive due to the need to solve large systems of coupled differential equations. In this paper, we introduce SparseProp, a novel event-based algorithm for simulating and training sparse SNNs. Our algorithm reduces the computational cost of both the forward and backward pass operations from O(N) to O(log(N)) per network spike, thereby enabling numerically exact simulations of large spiking networks and their efficient training using backpropagation through time. By leveraging the sparsity of the network, SparseProp eliminates the need to iterate through all neurons at each spike, employing efficient state updates instead. We demonstrate the efficacy of SparseProp across several classical integrate-and-fire neuron models, including a simulation of a sparse SNN with one million LIF neurons. This results in a speed-up exceeding four orders of magnitude relative to previous event-based implementations. Our work provides an efficient and exact solution for training large-scale spiking neural networks and opens up new possibilities for building more sophisticated brain-inspired models.


翻译:脉冲神经网络是一种受生物学启发的模型,能够以动作电位流的形式处理信息。然而,由于需要求解大规模耦合微分方程组,模拟和训练SNN的计算成本极高。本文提出SparseProp——一种新颖的基于事件的算法,用于模拟和训练稀疏SNN。该算法将前向和反向传播操作的计算成本从每个网络脉冲的O(N)降低至O(log(N)),从而实现对大型脉冲网络的数值精确模拟及其基于时间反向传播的高效训练。通过利用网络的稀疏性,SparseProp无需在每个脉冲时刻遍历所有神经元,而是采用高效的状态更新机制。我们通过多种经典积分放电神经元模型验证了SparseProp的有效性,包括对含有一百万个LIF神经元的稀疏SNN的模拟。相较于以往基于事件的实现方法,该算法实现了超过四个数量级的加速。本研究为训练大规模脉冲神经网络提供了高效且精确的解决方案,并为构建更复杂的类脑模型开辟了新可能。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
探秘Palantir:驱动美情报的科技巨头
专知会员服务
0+阅读 · 18分钟前
《美国海军军事海运司令部 2026年手册》
专知会员服务
0+阅读 · 27分钟前
《人工智能使能系统可靠性框架》
专知会员服务
1+阅读 · 今天2:28
2026“人工智能+”行业发展蓝皮书(附下载)
专知会员服务
10+阅读 · 4月26日
《强化学习数学基础》
专知会员服务
7+阅读 · 4月26日
“Maven计划”的发展演变之“Maven智能系统”应用
相关VIP内容
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员