Graph-based representations for samples of computational mechanics-related datasets can prove instrumental when dealing with problems like irregular domains or molecular structures of materials, etc. To effectively analyze and process such datasets, deep learning offers Graph Neural Networks (GNNs) that utilize techniques like message-passing within their architecture. The issue, however, is that as the individual graph scales and/ or GNN architecture becomes increasingly complex, the increased energy budget of the overall deep learning model makes it unsustainable and restricts its applications in applications like edge computing. To overcome this, we propose in this paper Hybrid Variable Spiking Graph Neural Networks (HVS-GNNs) that utilize Variable Spiking Neurons (VSNs) within their architecture to promote sparse communication and hence reduce the overall energy budget. VSNs, while promoting sparse event-driven computations, also perform well for regression tasks, which are often encountered in computational mechanics applications and are the main target of this paper. Three examples dealing with prediction of mechanical properties of material based on microscale/ mesoscale structures are shown to test the performance of the proposed HVS-GNNs in regression tasks. We have also compared the performance of HVS-GNN architectures with the performance of vanilla GNNs and GNNs utilizing leaky integrate and fire neurons. The results produced show that HVS-GNNs perform well for regression tasks, all while promoting sparse communication and, hence, energy efficiency.


翻译:基于图的计算力学相关数据集样本表示在处理不规则域或材料分子结构等问题时具有重要作用。为有效分析和处理此类数据集,深度学习提供了图神经网络(GNNs),其架构采用消息传递等技术。然而,随着单个图规模的扩大和/或GNN架构日益复杂,深度学习模型整体能耗的增加使其不可持续,并限制了在边缘计算等场景中的应用。为解决这一问题,本文提出混合变量脉冲图神经网络(HVS-GNNs),其架构采用变量脉冲神经元(VSNs)以促进稀疏通信,从而降低整体能耗。VSNs在促进稀疏事件驱动计算的同时,对计算力学应用中常见的回归任务也表现良好,这正是本文的主要研究目标。本文通过三个基于微观/介观结构预测材料力学性能的算例,验证了所提HVS-GNNs在回归任务中的性能。我们还将HVS-GNN架构与原始GNNs及采用泄漏积分发放神经元的GNNs进行了性能对比。结果表明,HVS-GNNs在回归任务中表现优异,同时能促进稀疏通信,从而实现更高的能效。

1
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6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
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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 · 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
46+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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
69+阅读 · 2022年9月7日
Arxiv
16+阅读 · 2022年5月17日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
A survey on deep hashing for image retrieval
Arxiv
15+阅读 · 2020年6月10日
Arxiv
11+阅读 · 2018年7月31日
VIP会员
相关资讯
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关论文
相关基金
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 · 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
46+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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员