Hopfield networks are artificial neural networks which store memory patterns on the states of their neurons by choosing recurrent connection weights and update rules such that the energy landscape of the network forms attractors around the memories. How many stable, sufficiently-attracting memory patterns can we store in such a network using $N$ neurons? The answer depends on the choice of weights and update rule. Inspired by setwise connectivity in biology, we extend Hopfield networks by adding setwise connections and embedding these connections in a simplicial complex. Simplicial complexes are higher dimensional analogues of graphs which naturally represent collections of pairwise and setwise relationships. We show that our simplicial Hopfield networks increase memory storage capacity. Surprisingly, even when connections are limited to a small random subset of equivalent size to an all-pairwise network, our networks still outperform their pairwise counterparts. Such scenarios include non-trivial simplicial topology. We also test analogous modern continuous Hopfield networks, offering a potentially promising avenue for improving the attention mechanism in Transformer models.


翻译:Hopfield网络是一种人工神经网络,通过选择合适的递归连接权重和更新规则,使网络的能量景观围绕记忆形成吸引子,从而将记忆模式存储在网络神经元的状态中。利用$N$个神经元,我们能在这样的网络中存储多少个稳定且具有足够吸引力的记忆模式?答案取决于权重和更新规则的选择。受生物学中集合连接方式的启发,我们通过添加集合连接并将这些连接嵌入单纯形复形来扩展Hopfield网络。单纯形复形是图的高维推广,能够自然地表示成对和集合关系集合。我们证明,单纯形Hopfield网络提高了记忆存储容量。令人惊讶的是,即使将连接限制在与全成对网络规模相当的随机子集中,我们的网络仍优于对应的成对网络。此类场景包含非平凡的单纯形拓扑结构。我们还测试了类似的现代连续Hopfield网络,这为改进Transformer模型中的注意力机制提供了潜在有前景的方向。

0
下载
关闭预览

相关内容

【MIT Sam Hopkins】如何读论文?How to Read a Paper
专知会员服务
108+阅读 · 2022年3月20日
专知会员服务
41+阅读 · 2020年9月6日
【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9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
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年9月24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
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
13+阅读 · 2021年6月14日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Arxiv
27+阅读 · 2020年6月19日
Meta-Learning with Implicit Gradients
Arxiv
13+阅读 · 2019年9月10日
Simplifying Graph Convolutional Networks
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月19日
VIP会员
最新内容
《衡量语言模型中的作战规划能力》
专知会员服务
9+阅读 · 10月20日
Maven智能系统:帕兰提尔军事人工智能平台详解
专知会员服务
9+阅读 · 10月20日
《测试自动化框架在敏捷软件开发中的角色》
专知会员服务
7+阅读 · 10月20日
俄罗斯如何拦截乌克兰无人机与巡航导弹
专知会员服务
11+阅读 · 10月15日
《武器-目标分配问题:精确与近似求解算法》
专知会员服务
15+阅读 · 10月15日
现代电磁战:集成式系统簇时代如何实现频谱优势
综述|谁来改进机器人?迈向物理递归自我改进
专知会员服务
11+阅读 · 10月14日
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
10+阅读 · 10月13日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年9月24日
相关论文
Arxiv
13+阅读 · 2021年6月14日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Arxiv
27+阅读 · 2020年6月19日
Meta-Learning with Implicit Gradients
Arxiv
13+阅读 · 2019年9月10日
Simplifying Graph Convolutional Networks
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月19日
相关基金
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
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员