Hypercomplex neural networks are gaining increasing interest in the deep learning community. The attention directed towards hypercomplex models originates from several aspects, spanning from purely theoretical and mathematical characteristics to the practical advantage of lightweight models over conventional networks, and their unique properties to capture both global and local relations. In particular, a branch of these architectures, parameterized hypercomplex neural networks (PHNNs), has also gained popularity due to their versatility across a multitude of application domains. Nonetheless, only few attempts have been made to explain or interpret their intricacies. In this paper, we propose inherently interpretable PHNNs and quaternion-like networks, thus without the need for any post-hoc method. To achieve this, we define a type of cosine-similarity transform within the parameterized hypercomplex domain. This PHB-cos transform induces weight alignment with relevant input features and allows to reduce the model into a single linear transform, rendering it directly interpretable. In this work, we start to draw insights into how this unique branch of neural models operates. We observe that hypercomplex networks exhibit a tendency to concentrate on the shape around the main object of interest, in addition to the shape of the object itself. We provide a thorough analysis, studying single neurons of different layers and comparing them against how real-valued networks learn. The code of the paper is available at https://github.com/ispamm/HxAI.


翻译:超复数神经网络在深度学习领域正引起越来越多的关注。对超复数模型的关注源于多个方面,涵盖从纯粹的理论数学特性到与传统网络相比轻量模型的实用优势,以及它们捕捉全局和局部关系的独特能力。特别是,这些架构中的一个分支,参数化超复数神经网络(PHNNs),因其在众多应用领域的通用性而广受欢迎。然而,仅有少数尝试旨在解释或阐明其复杂性。在本文中,我们提出了一种内在可解释的PHNNs和类四元数网络,从而无需任何事后解释方法。为实现这一目标,我们在参数化超复数域内定义了一种余弦相似度变换。这种PHB-cos变换能使权重与相关输入特征对齐,并允许将模型简化为单一线性变换,使其可直接解释。在本工作中,我们开始深入探索这一独特神经模型分支的运行机制。我们观察到,超复数网络除了关注目标物体的形状外,还倾向于关注主要目标周围的轮廓。我们提供了全面分析,研究了不同层的单个神经元,并将其与实值网络的学习方式进行了比较。本文代码可在https://github.com/ispamm/HxAI获取。

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
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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
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
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
4+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
2+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
Arxiv
0+阅读 · 2024年5月8日
Arxiv
0+阅读 · 2024年5月6日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
19+阅读 · 2020年7月13日
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月5日
Relational Deep Reinforcement Learning
Arxiv
10+阅读 · 2018年6月28日
Arxiv
29+阅读 · 2018年4月6日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14日
Arxiv
29+阅读 · 2017年12月6日
VIP会员
最新内容
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
2+阅读 · 今天11:43
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
5+阅读 · 今天6:18
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
6+阅读 · 今天5:54
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
7+阅读 · 今天3:42
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
7+阅读 · 6月24日
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
9+阅读 · 6月24日
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
7+阅读 · 6月24日
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
9+阅读 · 6月24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
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
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2024年5月8日
Arxiv
0+阅读 · 2024年5月6日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
19+阅读 · 2020年7月13日
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月5日
Relational Deep Reinforcement Learning
Arxiv
10+阅读 · 2018年6月28日
Arxiv
29+阅读 · 2018年4月6日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14日
Arxiv
29+阅读 · 2017年12月6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
4+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
2+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