Neural Classifiers with Limited Connectivity and Recurrent Readouts
Notice bibliographique
Résumé
For many neural network models in which neurons are trained to classify inputs like perceptrons, the number of inputs that can be classified is limited by the connectivity of each neuron, even when the total number of neurons is very large. This poses the problem of how the biological brain can take advantage of its huge number of neurons given that the connectivity is sparse. One solution is to combine multiple perceptrons together, as in committee machines. The number of classifiable random patterns would then grow linearly with the number of perceptrons, even when each perceptron has limited connectivity. However, the problem is moved to the downstream readout neurons, which would need a number of connections as large as the number of perceptrons. Here we propose a different approach in which the readout is implemented by connecting multiple perceptrons in a recurrent attractor neural network. We prove analytically that the number of classifiable random patterns can grow unboundedly with the number of perceptrons, even when the connectivity of each perceptron remains finite. Most importantly, both the recurrent connectivity and the connectivity of downstream readouts also remain finite. Our study shows that feedforward neural classifiers with numerous long-range afferent connections can be replaced by recurrent networks with sparse long-range connectivity without sacrificing the classification performance. Our strategy could be used to design more general scalable network architectures with limited connectivity, which resemble more closely the brain neural circuits that are dominated by recurrent connectivity. SIGNIFICANCE STATEMENT The mammalian brain has a huge number of neurons, but the connectivity is rather sparse. This observation seems to contrast with the theoretical studies showing that for many neural network models the performance scales with the number of connections per neuron and not with the total number of neurons. To solve this dilemma, we propose a model in which a recurrent network reads out multiple neural classifiers. Its performance scales with the total number of neurons even when each neuron of the network has limited connectivity. Our study reveals an important role of recurrent connections in neural systems like the hippocampus, in which the computational limitations due to sparse long-range feedforward connectivity might be compensated by local recurrent connections.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,011 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».