論文の概要: Human-Level Control through Directly-Trained Deep Spiking Q-Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.07211v3
• Date: Tue, 11 Apr 2023 01:41:12 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-12 19:34:20.987651
• Title: Human-Level Control through Directly-Trained Deep Spiking Q-Networks
• Title（参考訳）: 直接学習型深部スパイクQネットワークによるヒューマンレベル制御
• Authors: Guisong Liu, Wenjie Deng, Xiurui Xie, Li Huang, Huajin Tang
• Abstract要約: スパイキングニューラルネットワーク(SNN)は、その高エネルギー効率のため、ニューロモルフィックなハードウェアに大きな可能性を秘めている。 本稿では,Leakyインテグレート・アンド・ファイアニューロンとDeep Q-Networkに基づいて,直接学習した深部スパイキング強化学習アーキテクチャを提案する。 我々の研究は、直接学習されたSNNを用いて、複数のAtariゲームで最先端のパフォーマンスを達成する最初のものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.268397551693862
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: As the third-generation neural networks, Spiking Neural Networks (SNNs) have great potential on neuromorphic hardware because of their high energy-efficiency. However, Deep Spiking Reinforcement Learning (DSRL), i.e., the Reinforcement Learning (RL) based on SNNs, is still in its preliminary stage due to the binary output and the non-differentiable property of the spiking function. To address these issues, we propose a Deep Spiking Q-Network (DSQN) in this paper. Specifically, we propose a directly-trained deep spiking reinforcement learning architecture based on the Leaky Integrate-and-Fire (LIF) neurons and Deep Q-Network (DQN). Then, we adapt a direct spiking learning algorithm for the Deep Spiking Q-Network. We further demonstrate the advantages of using LIF neurons in DSQN theoretically. Comprehensive experiments have been conducted on 17 top-performing Atari games to compare our method with the state-of-the-art conversion method. The experimental results demonstrate the superiority of our method in terms of performance, stability, robustness and energy-efficiency. To the best of our knowledge, our work is the first one to achieve state-of-the-art performance on multiple Atari games with the directly-trained SNN.
• Abstract（参考訳）: 第3世代のニューラルネットワークとして、スパイキングニューラルネットワーク(SNN)は、その高エネルギー効率のため、ニューロモルフィックなハードウェアに大きな可能性を秘めている。 しかし,SNNに基づく強化学習(Reinforcement Learning, RL)である深スパイキング強化学習(Deep Spiking Reinforcement Learning, DSRL)は, 2次出力とスパイキング関数の非微分特性のため,まだ初期段階にある。 本稿では,これらの問題に対処するために,Deep Spiking Q-Network (DSQN)を提案する。 具体的には、Leaky Integrate-and-Fire(LIF)ニューロンとDeep Q-Network(DQN)に基づいて、直接学習した深部スパイキング強化学習アーキテクチャを提案する。 次に、Deep Spiking Q-Networkに対して直接スパイキング学習アルゴリズムを適用する。 さらに,理論上は LIF ニューロンを DSQN に使用することの利点を示す。 提案手法を最先端変換法と比較するため,17種類のアタリゲームにおいて総合的な実験を行った。 実験の結果, 性能, 安定性, 堅牢性, エネルギー効率の点で, 提案手法の優位性を示した。 我々の知る限り、我々の研究は、直接学習されたSNNで複数のAtariゲームで最先端のパフォーマンスを達成する最初のものである。

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