This paper introduces a unified mathematical framework for modeling information propagation through convolutional neural networks (CNNs), with the aim of connecting descriptions of physical space and information space. A correspondence is presented linking discrete filter symmetry and the relativistic energy--momentum relation under the widely used nonlinear rectified convolution operation. Specifically, symmetric filter components (e.g. the sum $Σ= [1,1]$) operate analogously to rest energy $mc^2$ in preserving the image centre of mass (e.g. isotropic diffusion), whereas antisymmetric components (e.g. the gradient $\nabla = [-1,1]$) operate analogously to the momentum term $pc$ in generally inducing a displacement (e.g. vibration or translation). For typical small discrete filters, this displacement is determined by the ratio of antisymmetric to total filter energy, analogously to how the displacement of a relativistic particle relates to a Lorentz transform with beta parameter $β= \frac{v}{c}=\frac{pc}{E}$ equal to the ratio of momentum $pc$ to total energy $E$. Repeated filtering leads to the Gaussian scale-space and emergent scale-invariant features. These constructions share a Laplacian-driven structure with the classical heat (diffusion) equation and, via standard mathematical correspondences, with the Schrödinger equation and aspects of the Friedmann equations, together with emergent Morse topological structure. Demonstrations in 3D images reveal blob-like, scale-invariant Morse critical points in images spanning a wide range of physical scales, including organic sugar molecules and inorganic silicon crystals, human and primate brains in magnetic resonance images (MRI), galaxies and the cosmic microwave background (CMB).


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
WWW24 | 从数据中心化的角度校准图神经网络
专知会员服务
14+阅读 · 2024年9月14日
八篇NeurIPS 2019【图神经网络(GNN)】相关论文
专知会员服务
44+阅读 · 2020年1月10日
【图神经网络入门】GAT图注意力网络
深度学习自然语言处理
28+阅读 · 2020年5月16日
图神经网络入门(三)GAT图注意力网络
图与推荐
10+阅读 · 2020年5月14日
图像分割中的深度学习:U-Net 体系结构
AI科技评论
11+阅读 · 2019年10月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+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
0+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
37+阅读 · 2021年2月10日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14日
VIP会员
最新内容
何为协作武器?
专知会员服务
6+阅读 · 9月1日
《理解认知战:超越信息》
专知会员服务
10+阅读 · 9月1日
美国战争部在GenAI.mil上推出OpenAI的ChatGPT Mil
专知会员服务
8+阅读 · 8月31日
人工智能赋能军事维护:重新定义国防战备
专知会员服务
4+阅读 · 8月31日
《美陆军野战手册(2026年):特种部队》
专知会员服务
6+阅读 · 8月31日
受限仓库多智能体取送中的动态安全等待点选择
相关VIP内容
WWW24 | 从数据中心化的角度校准图神经网络
专知会员服务
14+阅读 · 2024年9月14日
八篇NeurIPS 2019【图神经网络(GNN)】相关论文
专知会员服务
44+阅读 · 2020年1月10日
相关资讯
【图神经网络入门】GAT图注意力网络
深度学习自然语言处理
28+阅读 · 2020年5月16日
图神经网络入门(三)GAT图注意力网络
图与推荐
10+阅读 · 2020年5月14日
图像分割中的深度学习:U-Net 体系结构
AI科技评论
11+阅读 · 2019年10月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
相关基金
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+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
0+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员