What mathematical functions do neural network components learn? Symbolic distillation addresses this question by expressing neural network components with interpretable, closed-form mathematical expressions that expose the functional structure learned during training. We develop symbolic distillation as a systematic, architecture-agnostic methodology, and release our approach as the open-source SymTorch package - a PySR-powered library built natively for the PyTorch ecosystem. Applying this methodology across diverse architectures, we find that SymTorch is successful in the automated discovery of physical laws. Specifically, our approach (1) recovers pairwise interaction forces from graph neural networks trained on empirical $n$-body observations, (2) distills the exact closed-form PDE/ODE solutions of multiple physical systems, including the value of constants, from physics-informed neural networks trained on sparse data, and (3) uncovers the chaotic dynamics of the Lorenz system from high-dimensional data, ultimately outperforming the base neural network on downstream prediction tasks. We further demonstrate the utility of our framework for model interpretability by providing an optimized implementation of SLIME - a symbolic extension to the LIME explainability method. SLIME consistently outperforms LIME across predictive metrics across eight popular classification and regression benchmarks, while still providing an interpretable local symbolic model. Lastly, we investigate replacing transformer MLP layers with symbolic surrogates: replacing 1-7 layers with symbolic approximations yields 2-19\% throughput improvements and up to 18.7\% VRAM reduction, with the resulting hybrid models lying on the Pareto front of throughput versus perplexity among open-source LLMs of comparable scale.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
【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
【GNN】图神经网络入门之GRN图循环网络
深度学习自然语言处理
17+阅读 · 2020年5月9日
Graph Neural Networks 综述
计算机视觉life
30+阅读 · 2019年8月13日
神经网络常微分方程 (Neural ODEs) 解析
AI科技评论
42+阅读 · 2019年8月9日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【深度学习基础】4. Recurrent Neural Networks
微信AI
16+阅读 · 2017年7月19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
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
10+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+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
Arxiv
37+阅读 · 2021年2月10日
Arxiv
10+阅读 · 2020年2月15日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
9+阅读 · 6月15日
相关VIP内容
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
【GNN】图神经网络入门之GRN图循环网络
深度学习自然语言处理
17+阅读 · 2020年5月9日
Graph Neural Networks 综述
计算机视觉life
30+阅读 · 2019年8月13日
神经网络常微分方程 (Neural ODEs) 解析
AI科技评论
42+阅读 · 2019年8月9日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【深度学习基础】4. Recurrent Neural Networks
微信AI
16+阅读 · 2017年7月19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
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
10+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员