All analog signal processing is fundamentally subject to noise, and this is also the case in modern implementations of Optical Neural Networks (ONNs). Therefore, to mitigate noise in ONNs, we propose two designs that are constructed from a given, possibly trained, Neural Network (NN) that one wishes to implement. Both designs have the capability that the resulting ONNs gives outputs close to the desired NN. To establish the latter, we analyze the designs mathematically. Specifically, we investigate a probabilistic framework for the first design that establishes that the design is correct, i.e., for any feed-forward NN with Lipschitz continuous activation functions, an ONN can be constructed that produces output arbitrarily close to the original. ONNs constructed with the first design thus also inherit the universal approximation property of NNs. For the second design, we restrict the analysis to NNs with linear activation functions and characterize the ONNs' output distribution using exact formulas. Finally, we report on numerical experiments with LeNet ONNs that give insight into the number of components required in these designs for certain accuracy gains. We specifically study the effect of noise as a function of the depth of an ONN. The results indicate that in practice, adding just a few components in the manner of the first or the second design can already be expected to increase the accuracy of ONNs considerably.


翻译:所有模拟信号处理本质上都受噪声影响,现代光学神经网络(ONNs)的实现也不例外。因此,为减轻ONNs中的噪声,我们基于某个已给定(可能已训练)的待实现神经网络(NN)提出了两种设计方案。这两种方案均能使最终得到的ONN输出与期望的NN高度接近。为验证这一特性,我们从数学角度分析了这些设计。具体而言,针对第一种设计,我们建立了一个概率框架来证明其正确性:对于任意具有Lipschitz连续激活函数的前馈NN,均可构造出输出任意接近原始NN的ONN。由此构建的ONN也继承了NN的通用逼近性质。对于第二种设计,我们将分析限定在采用线性激活函数的NN,并通过精确公式刻画了ONN的输出分布。最后,我们报告了基于LeNet ONN的数值实验,揭示了为达到特定精度增益所需组件数量的规律,并重点研究了噪声作为ONN深度函数的效应。结果表明,在实践中,仅需按第一种或第二种设计添加少量组件,即可显著提升ONN的精度。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17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
【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
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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 · 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
3+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
0+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
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月3日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30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”》
专知会员服务
1+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+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
8+阅读 · 6月15日
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
9+阅读 · 6月14日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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 · 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
3+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
0+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员