Residual connections have been proposed as an architecture-based inductive bias to mitigate the problem of exploding and vanishing gradients and increased task performance in both feed-forward and recurrent networks (RNNs) when trained with the backpropagation algorithm. Yet, little is known about how residual connections in RNNs influence their dynamics and fading memory properties. Here, we introduce weakly coupled residual recurrent networks (WCRNNs) in which residual connections result in well-defined Lyapunov exponents and allow for studying properties of fading memory. We investigate how the residual connections of WCRNNs influence their performance, network dynamics, and memory properties on a set of benchmark tasks. We show that several distinct forms of residual connections yield effective inductive biases that result in increased network expressivity. In particular, those are residual connections that (i) result in network dynamics at the proximity of the edge of chaos, (ii) allow networks to capitalize on characteristic spectral properties of the data, and (iii) result in heterogeneous memory properties. In addition, we demonstrate how our results can be extended to non-linear residuals and introduce a weakly coupled residual initialization scheme that can be used for Elman RNNs.


翻译:残差连接已被提出作为一种基于架构的归纳偏置,用于缓解前馈网络和循环网络(RNN)在使用反向传播算法训练时的梯度爆炸与消失问题,并提升任务性能。然而,关于残差连接如何影响RNN的动态行为及其残差记忆特性,目前仍知之甚少。本文引入了一种弱耦合残差循环网络(WCRNNs),其中残差连接可生成定义明确的李雅普诺夫指数,并允许研究残差记忆的属性。我们在一组基准任务上探究WCRNNs的残差连接如何影响其性能、网络动力学及记忆特性。研究表明,多种不同形式的残差连接能形成有效的归纳偏置,从而增强网络表达能力。具体而言,这些残差连接具有以下特点:(i)使网络动力学接近混沌边缘,(ii)使网络能够利用数据中的特征谱特性,(iii)产生异质性的记忆特性。此外,我们展示了如何将研究结果推广至非线性残差场景,并提出了一种适用于Elman RNN的弱耦合残差初始化方案。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6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
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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
知识图谱最新研究综述
深度学习自然语言处理
45+阅读 · 2020年6月14日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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
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
2+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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20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
1+阅读 · 58分钟前
《美国海军军事海运司令部 2026年手册》
专知会员服务
1+阅读 · 今天3:05
《人工智能使能系统可靠性框架》
专知会员服务
3+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
相关资讯
知识图谱最新研究综述
深度学习自然语言处理
45+阅读 · 2020年6月14日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
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
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
2+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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员