This article studies the expressive power of spiking neural networks where information is encoded in the firing time of neurons. The implementation of spiking neural networks on neuromorphic hardware presents a promising choice for future energy-efficient AI applications. However, there exist very few results that compare the computational power of spiking neurons to arbitrary threshold circuits and sigmoidal neurons. Additionally, it has also been shown that a network of spiking neurons is capable of approximating any continuous function. By using the Spike Response Model as a mathematical model of a spiking neuron and assuming a linear response function, we prove that the mapping generated by a network of spiking neurons is continuous piecewise linear. We also show that a spiking neural network can emulate the output of any multi-layer (ReLU) neural network. Furthermore, we show that the maximum number of linear regions generated by a spiking neuron scales exponentially with respect to the input dimension, a characteristic that distinguishes it significantly from an artificial (ReLU) neuron. Our results further extend the understanding of the approximation properties of spiking neural networks and open up new avenues where spiking neural networks can be deployed instead of artificial neural networks without any performance loss.


翻译:本文研究了脉冲神经网络的表达能力,其中信息以神经元的脉冲发射时间进行编码。脉冲神经网络在神经形态硬件上的实现为未来节能型人工智能应用提供了有前景的选择。然而,目前鲜有研究将脉冲神经元的计算能力与任意阈值电路及Sigmoid型神经元进行比较。此外,已有研究表明脉冲神经元网络能够逼近任意连续函数。通过采用脉冲响应模型作为脉冲神经元的数学模型,并假设线性响应函数,我们证明了脉冲神经元网络生成的映射是连续分段线性函数。我们还表明,脉冲神经网络可以模拟任何多层(ReLU)神经网络的输出。进一步地,我们揭示了单个脉冲神经元生成的线性区域最大数量随输入维度呈指数级增长,这一特性使其与人工(ReLU)神经元显著区分。我们的结果拓展了对脉冲神经网络逼近性质的理解,并开辟了在性能无损前提下用脉冲神经网络替代人工神经网络的新途径。

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
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
3+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
2+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月5日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月4日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月3日
Arxiv
20+阅读 · 2021年9月22日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月25日
Arxiv
19+阅读 · 2019年4月5日
VIP会员
最新内容
无人机已改变战场,但并未解决指挥问题
专知会员服务
5+阅读 · 8月14日
驱动军事决策变革的顶尖人工智能指挥系统
专知会员服务
11+阅读 · 8月11日
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
10+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
16+阅读 · 8月10日
《边缘计算关键技术分析及美军作战实践应用》
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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月5日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月4日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月3日
Arxiv
20+阅读 · 2021年9月22日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月25日
Arxiv
19+阅读 · 2019年4月5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
3+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
2+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员