Advances in neural computation have predominantly relied on the gradient backpropagation algorithm (BP). However, the recent shift towards non-stationary data modeling has highlighted the limitations of this heuristic, exposing that its adaptation capabilities are far from those seen in biological brains. Unlike BP, where weight updates are computed through a reverse error propagation path, Hebbian learning dynamics provide synaptic updates using only information within the layer itself. This has spurred interest in biologically plausible learning algorithms, hypothesized to overcome BP's shortcomings. In this context, Hinton recently introduced the Forward-Forward Algorithm (FFA), which employs local learning rules for each layer and has empirically proven its efficacy in multiple data modeling tasks. In this work we argue that when employing a squared Euclidean norm as a goodness function driving the local learning, the resulting FFA is equivalent to a neo-Hebbian Learning Rule. To verify this result, we compare the training behavior of FFA in analog networks with its Hebbian adaptation in spiking neural networks. Our experiments demonstrate that both versions of FFA produce similar accuracy and latent distributions. The findings herein reported provide empirical evidence linking biological learning rules with currently used training algorithms, thus paving the way towards extrapolating the positive outcomes from FFA to Hebbian learning rules. Simultaneously, our results imply that analog networks trained under FFA could be directly applied to neuromorphic computing, leading to reduced energy usage and increased computational speed.


翻译:神经计算领域的进展主要依赖于梯度反向传播算法(BP)。然而,最近向非平稳数据建模的转变凸显了这种启发式方法的局限性,揭示其适应能力远不及生物大脑所展现的水平。与通过反向误差传播路径计算权重更新的BP不同,赫布学习动力学仅利用层内信息提供突触更新。这激发了人们对具有生物合理性的学习算法的兴趣,这些算法被假设能够克服BP的缺陷。在此背景下,Hinton近期提出了前向-前向算法(FFA),该算法为每一层采用局部学习规则,并已在多项数据建模任务中经验证明确实有效。本文认为,当采用平方欧几里得范数作为驱动局部学习的优度函数时,所得的FFA等价于一种新赫布学习规则。为验证这一结果,我们比较了FFA在模拟网络中的训练行为与其在脉冲神经网络中的赫布适应版本。实验表明,两种FFA版本均产生相似的准确性和潜在分布。本文报告的研究结果为连接生物学习规则与当前使用的训练算法提供了经验证据,从而为将FFA的积极成果推广至赫布学习规则铺平了道路。同时,我们的结果意味着,在FFA下训练的模拟网络可直接应用于神经形态计算,从而实现能耗降低与计算速度提升。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
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
3+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
47+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
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
Anomalous Instance Detection in Deep Learning: A Survey
Deep Learning in Video Multi-Object Tracking: A Survey
Arxiv
58+阅读 · 2019年7月31日
VIP会员
最新内容
《多域战场上反制小型无人机系统》150页
专知会员服务
10+阅读 · 今天7:47
战场人工智能:增强陆地作战能力的发现与要求
专知会员服务
2+阅读 · 今天7:37
以人工智能为中心的指挥控制
专知会员服务
1+阅读 · 今天7:14
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
专知会员服务
11+阅读 · 6月10日
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
11+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
5+阅读 · 6月10日
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
16+阅读 · 6月10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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
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
3+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
47+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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员