Dealing with an unbounded data stream involves overcoming the assumption that data is identically distributed and independent. A data stream can, in fact, exhibit temporal dependencies (i.e., be a time series), and data can change distribution over time (concept drift). The two problems are deeply discussed, and existing solutions address them separately: a joint solution is absent. In addition, learning multiple concepts implies remembering the past (a.k.a. avoiding catastrophic forgetting in Neural Networks' terminology). This work proposes Continuous Progressive Neural Networks (cPNN), a solution that tames concept drifts, handles temporal dependencies, and bypasses catastrophic forgetting. cPNN is a continuous version of Progressive Neural Networks, a methodology for remembering old concepts and transferring past knowledge to fit the new concepts quickly. We base our method on Recurrent Neural Networks and exploit the Stochastic Gradient Descent applied to data streams with temporal dependencies. Results of an ablation study show a quick adaptation of cPNN to new concepts and robustness to drifts.


翻译:处理无界数据流需要克服数据独立同分布的假设。事实上,数据流可能呈现时间依赖性(即时序序列特性),且数据分布会随时间变化(概念漂移)。这两个问题已得到深入讨论,现有解决方案均单独处理它们:目前尚缺乏联合解决方案。此外,学习多个概念意味着需要保留历史信息(在神经网络术语中称为避免灾难性遗忘)。本研究提出连续渐进神经网络(cPNN),该方案能够驯服概念漂移、处理时间依赖性并规避灾难性遗忘。cPNN是渐进神经网络的连续版本,该方法通过记忆旧概念并迁移历史知识来实现对新概念的快速拟合。我们的方法基于循环神经网络,并利用随机梯度下降算法处理具有时间依赖性的数据流。消融实验结果表明,cPNN能快速适应新概念并对漂移具有鲁棒性。

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人工神经网络(Artificial Neural Network,即ANN ),是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象, 建立某种简单模型,按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型,由大量的节点(或称神经元)之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数,称为激励函数(activation function)。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值,称之为权重,这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式,权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近,也可能是对一种逻辑策略的表达。 最近十多年来,人工神经网络的研究工作不断深入,已经取得了很大的进展,其在模式识别、智能机器人、自动控制、预测估计、生物、医学、经济等领域已成功地解决了许多现代计算机难以解决的实际问题,表现出了良好的智能特性。
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