The proliferation of large-scale and structurally complex data has spurred the integration of machine learning methods into statistical modeling. Recurrent neural networks (RNNs), a foundational class of models for time-dependent data, can be viewed as nonlinear extensions of classical autoregressive moving average models. Despite their flexibility and empirical success in machine learning, RNNs often suffer from limited interpretability and slow training, which hinders their use in statistics. This paper proposes the Parallelized RNN (ParaRNN), a novel model composed of multiple small recurrent units. ParaRNN admits an additive representation that decouples recurrent dynamics into interpretable components, whose behavior can be characterized through recurrence features. This interpretability enables its applications in nonparametric regression for time-dependent data, while the design also allows efficient parallelization. The approximation capacity and non-asymptotic prediction error bounds in a nonparametric regression setting are established for ParaRNN. Empirical results on three sequential modeling tasks further demonstrate that ParaRNN achieves performance comparable to vanilla RNNs while offering improved interpretability and efficiency.


翻译:大规模且结构复杂数据的激增推动了机器学习方法在统计建模中的整合。递归神经网络(RNN)作为处理时间依赖数据的基础模型类别,可视为经典自回归滑动平均模型的非线性扩展。尽管RNN在机器学习中展现出灵活性和实证成功,但其常受限于可解释性不足和训练速度慢的问题,这阻碍了其在统计学中的应用。本文提出并行化递归神经网络(ParaRNN),一种由多个小型递归单元组成的新型模型。ParaRNN具有加性表示形式,可将递归动态解耦为可解释的组件,其行为可通过递归特征进行表征。这种可解释性使其能够应用于时间依赖数据的非参数回归,同时其设计也支持高效并行化。本文建立了ParaRNN在非参数回归框架下的逼近能力与非渐近预测误差界。在三个序列建模任务上的实证结果进一步表明,ParaRNN在保持与标准RNN相当性能的同时,提供了更优的可解释性和效率。

0
下载
关闭预览

相关内容

【Nature machine intelligence】闭型连续时间神经网络
专知会员服务
30+阅读 · 2022年11月17日
专知会员服务
171+阅读 · 2020年8月26日
【清华大学】图随机神经网络,Graph Random Neural Networks
专知会员服务
156+阅读 · 2020年5月26日
【GNN】MPNN:消息传递神经网络
深度学习自然语言处理
17+阅读 · 2020年4月11日
干货 | 循环神经网络(RNN)和LSTM初学者指南
THU数据派
15+阅读 · 2019年1月25日
深度学习循环神经网络详解
七月在线实验室
16+阅读 · 2018年5月28日
时延神经网络(TDNN)原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
56+阅读 · 2017年5月19日
国家自然科学基金
6+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
21+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
31+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
14+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
最新内容
驱动军事决策变革的顶尖人工智能指挥系统
专知会员服务
9+阅读 · 8月11日
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
10+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
14+阅读 · 8月10日
《边缘计算关键技术分析及美军作战实践应用》
边缘计算的军事应用
专知会员服务
12+阅读 · 8月9日
相关基金
国家自然科学基金
6+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
21+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
31+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
14+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员