Scaling Equilibrium Propagation to Deep ConvNets by Drastically Reducing Its Gradient Estimator Bias
Notice bibliographique
Résumé
Equilibrium Propagation is a biologically-inspired algorithm that trains convergent recurrent neural networks with a local learning rule. This approach constitutes a major lead to allow learning-capable neuromophic systems and comes with strong theoretical guarantees. Equilibrium propagation operates in two phases, during which the network is let to evolve freely and then "nudged" toward a target; the weights of the network are then updated based solely on the states of the neurons that they connect. The weight updates of Equilibrium Propagation have been shown mathematically to approach those provided by Backpropagation Through Time (BPTT), the mainstream approach to train recurrent neural networks, when nudging is performed with infinitely small strength. In practice, however, the standard implementation of Equilibrium Propagation does not scale to visual tasks harder than MNIST. In this work, we show that a bias in the gradient estimate of equilibrium propagation, inherent in the use of finite nudging, is responsible for this phenomenon and that canceling it allows training deep convolutional neural networks. We show that this bias can be greatly reduced by using symmetric nudging (a positive nudging and a negative one). We also generalize Equilibrium Propagation to the case of cross-entropy loss (by opposition to squared error). As a result of these advances, we are able to achieve a test error of 11.7% on CIFAR-10, which approaches the one achieved by BPTT and provides a major improvement with respect to the standard Equilibrium Propagation that gives 86% test error. We also apply these techniques to train an architecture with unidirectional forward and backward connections, yielding a 13.2% test error. These results highlight equilibrium propagation as a compelling biologically-plausible approach to compute error gradients in deep neuromorphic systems.
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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 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,000 |
| 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 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
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 ».