Landmark universal function approximation results for neural networks with trained weights and biases provided impetus for the ubiquitous use of neural networks as learning models in Artificial Intelligence (AI) and neuroscience. Recent work has pushed the bounds of universal approximation by showing that arbitrary functions can similarly be learned by tuning smaller subsets of parameters, for example the output weights, within randomly initialized networks. Motivated by the fact that biases can be interpreted as biologically plausible mechanisms for adjusting unit outputs in neural networks, such as tonic inputs or activation thresholds, we investigate the expressivity of neural networks with random weights where only biases are optimized. We provide theoretical and numerical evidence demonstrating that feedforward neural networks with fixed random weights can be trained to perform multiple tasks by learning biases only. We further show that an equivalent result holds for recurrent neural networks predicting dynamical system trajectories. Our results are relevant to neuroscience, where they demonstrate the potential for behaviourally relevant changes in dynamics without modifying synaptic weights, as well as for AI, where they shed light on multi-task methods such as bias fine-tuning and unit masking.


翻译:具有训练权重和偏置的神经网络的里程碑式通用函数逼近结果,推动了神经网络作为学习模型在人工智能(AI)和神经科学中的普遍应用。最近的研究通过证明在随机初始化的网络中,仅调整较小的参数子集(例如输出权重)即可类似地学习任意函数,从而推动了通用逼近的边界。受偏置可被解释为神经网络中调整单元输出的生物学合理机制(如紧张性输入或激活阈值)这一事实的启发,我们研究了仅优化偏置的随机权重神经网络的表达能力。我们提供了理论和数值证据,证明具有固定随机权重的前馈神经网络可以通过仅学习偏置来训练以执行多个任务。我们进一步证明,对于预测动态系统轨迹的循环神经网络,存在等效的结果。我们的研究结果与神经科学相关,它们展示了在不修改突触权重的情况下实现与行为相关的动力学变化的潜力;同时也与AI相关,它们揭示了诸如偏置微调和单元掩码等多任务方法的原理。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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