The use of attention-based deep learning models in stochastic filtering, e.g. transformers and deep Kalman filters, has recently come into focus; however, the potential for these models to solve stochastic filtering problems remains largely unknown. The paper provides an affirmative answer to this open problem in the theoretical foundations of machine learning by showing that a class of continuous-time transformer models, called \textit{filterformers}, can approximately implement the conditional law of a broad class of non-Markovian and conditionally Gaussian signal processes given noisy continuous-time (possibly non-Gaussian) measurements. Our approximation guarantees hold uniformly over sufficiently regular compact subsets of continuous-time paths, where the worst-case 2-Wasserstein distance between the true optimal filter and our deep learning model quantifies the approximation error. Our construction relies on two new customizations of the standard attention mechanism: The first can losslessly adapt to the characteristics of a broad range of paths since we show that the attention mechanism implements bi-Lipschitz embeddings of sufficiently regular sets of paths into low-dimensional Euclidean spaces; thus, it incurs no ``dimension reduction error''. The latter attention mechanism is tailored to the geometry of Gaussian measures in the $2$-Wasserstein space. Our analysis relies on new stability estimates of robust optimal filters in the conditionally Gaussian setting.


翻译:基于注意力的深度学习模型(如Transformer和深度卡尔曼滤波器)在随机滤波中的应用近期引发关注,然而这类模型求解随机滤波问题的潜力尚不明确。本文在机器学习理论基础中对这一开放问题给出了肯定回答:我们证明一类名为\textit{filterformer}的连续时间Transformer模型,能够在给定含噪连续时间(可能非高斯)观测的条件下,近似实现一类广泛非马尔可夫且条件高斯信号过程的条件分布律。我们的逼近保证在足够规则的连续时间路径紧子集上一致成立,其中真实最优滤波器与深度学习模型之间的最坏情况2-瓦瑟斯坦距离量化了逼近误差。我们的构造依赖于对标准注意力机制的两项定制优化:其一可无损适应广泛路径的统计特征——我们证明该注意力机制能将足够规则的路径集双Lipschitz嵌入低维欧氏空间,因此不产生"降维误差";其二注意力机制针对$2$-瓦瑟斯坦空间中高斯测度的几何结构进行了专门设计。分析过程基于条件高斯环境下鲁棒最优滤波器的新稳定性估计。

0
下载
关闭预览

相关内容

非Transformer不可?最新《状态空间模型(SSM)》综述
专知会员服务
75+阅读 · 2024年4月16日
144页ppt!《Transformers》全面讲解,附视频
专知会员服务
119+阅读 · 2023年1月1日
【Google】高效Transformer综述,Efficient Transformers: A Survey
专知会员服务
66+阅读 · 2022年3月17日
华为等发布《视觉Transformer转换器》综述论文,21页pdf
专知会员服务
86+阅读 · 2020年12月25日
深度学习的下一步:Transformer和注意力机制
云头条
56+阅读 · 2019年9月14日
百闻不如一码!手把手教你用Python搭一个Transformer
大数据文摘
18+阅读 · 2019年4月22日
多图带你读懂 Transformers 的工作原理
AI研习社
10+阅读 · 2019年3月18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
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
0+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
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
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
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
6+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
相关基金
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
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
0+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
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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员