Fast Quaternion Product Units for Learning Disentangled Representations in SO(3)
Notice bibliographique
Résumé
Real-world 3D structured data like point clouds and skeletons often can be represented as data in a 3D rotation group (denoted as $\mathbb{SO}(3)$). However, most existing neural networks are tailored for the data in the Euclidean space, which makes the 3D rotation data not closed under their algebraic operations and leads to sub-optimal performance in 3D-related learning tasks. To resolve the issues caused by the above mismatching between data and model, we propose a novel non-real neuron model called \textit{quaternion product unit} (QPU) to represent data on 3D rotation groups. The proposed QPU leverages quaternion algebra and the law of the 3D rotation group, representing 3D rotation data as quaternions and merging them via a weighted chain of Hamilton products. We demonstrate that the QPU mathematically maintains the $\mathbb{SO}(3)$ structure of the 3D rotation data during the inference process and disentangles the 3D representations into “rotation-invariant’‘ features and “rotation-equivariant” features, respectively. Moreover, we design a fast QPU to accelerate the computation of QPU. The fast QPU applies a tree-structured data indexing process, and accordingly, leverages the power of parallel computing, which reduces the computational complexity of QPU in a single thread from $\mathcal{O}(N)$ to $\mathcal {O}(\log N)$. Taking the fast QPU as a basic module, we develop a series of quaternion neural networks (QNNs), including quaternion multi-layer perceptron (QMLP), quaternion message passing (QMP), and so on. In addition, we make the QNNs compatible with conventional real-valued neural networks and applicable for both skeletons and point clouds. Experiments on synthetic and real-world 3D tasks show that the QNNs based on our fast QPUs are superior to state-of-the-art real-valued models, especially in the scenarios requiring the robustness to random rotations.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
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 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| 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 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 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 ».