Spiking neural networks (SNNs) are widely applied in various fields due to their energy-efficient and fast-inference capabilities. Applying SNNs to reinforcement learning (RL) can significantly reduce the computational resource requirements for agents and improve the algorithm's performance under resource-constrained conditions. However, in current spiking reinforcement learning (SRL) algorithms, the simulation results of multiple time steps can only correspond to a single-step decision in RL. This is quite different from the real temporal dynamics in the brain and also fails to fully exploit the capacity of SNNs to process temporal data. In order to address this temporal mismatch issue and further take advantage of the inherent temporal dynamics of spiking neurons, we propose a novel temporal alignment paradigm (TAP) that leverages the single-step update of spiking neurons to accumulate historical state information in RL and introduces gated units to enhance the memory capacity of spiking neurons. Experimental results show that our method can solve partially observable Markov decision processes (POMDPs) and multi-agent cooperation problems with similar performance as recurrent neural networks (RNNs) but with about 50% power consumption.


翻译:脉冲神经网络(SNNs)因其低能耗和快速推理能力被广泛应用于多个领域。将SNNs应用于强化学习(RL)可显著降低智能体对计算资源的需求,并在资源受限条件下提升算法性能。然而,当前脉冲强化学习(SRL)算法中,多个时间步的模拟结果仅能对应RL中的单步决策。这一机制与大脑中真实的时态动态特性存在显著差异,且未能充分利用SNNs处理时序数据的能力。为解决这一时序错配问题并充分发挥脉冲神经元内在的时态动态特性,我们提出了一种新型时序对齐范式(TAP),该范式利用脉冲神经元的单步更新来积累RL中的历史状态信息,并引入门控单元增强脉冲神经元的记忆容量。实验结果表明,本方法能在解决部分可观测马尔可夫决策过程(POMDPs)和多智能体协作问题时,取得与循环神经网络(RNNs)相近的性能,同时功耗降低约50%。

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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
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
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
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
Transformers in Remote Sensing: A Survey
Arxiv
25+阅读 · 2022年9月2日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
9+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
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
0+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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员