論文の概要: Learning with Differentiable Algorithms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.00616v1
• Date: Thu, 1 Sep 2022 17:30:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2022-09-02 14:07:42.924188
• Title: Learning with Differentiable Algorithms
• Title（参考訳）: 微分可能アルゴリズムによる学習
• Authors: Felix Petersen
• Abstract要約: この論文は、古典的なアルゴリズムとニューラルネットワークのような機械学習システムを組み合わせることを探求している。 この論文はアルゴリズムの監督という概念を定式化し、ニューラルネットワークがアルゴリズムから、あるいは、アルゴリズムと連動して学ぶことを可能にする。 さらに、この論文では、微分可能なソートネットワーク、微分可能なソートゲート、微分可能な論理ゲートネットワークなど、微分可能なアルゴリズムを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.47243430672461
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Classic algorithms and machine learning systems like neural networks are both abundant in everyday life. While classic computer science algorithms are suitable for precise execution of exactly defined tasks such as finding the shortest path in a large graph, neural networks allow learning from data to predict the most likely answer in more complex tasks such as image classification, which cannot be reduced to an exact algorithm. To get the best of both worlds, this thesis explores combining both concepts leading to more robust, better performing, more interpretable, more computationally efficient, and more data efficient architectures. The thesis formalizes the idea of algorithmic supervision, which allows a neural network to learn from or in conjunction with an algorithm. When integrating an algorithm into a neural architecture, it is important that the algorithm is differentiable such that the architecture can be trained end-to-end and gradients can be propagated back through the algorithm in a meaningful way. To make algorithms differentiable, this thesis proposes a general method for continuously relaxing algorithms by perturbing variables and approximating the expectation value in closed form, i.e., without sampling. In addition, this thesis proposes differentiable algorithms, such as differentiable sorting networks, differentiable renderers, and differentiable logic gate networks. Finally, this thesis presents alternative training strategies for learning with algorithms.
• Abstract（参考訳）: ニューラルネットワークのような古典的なアルゴリズムと機械学習システムはどちらも日常生活に豊富です。 古典的なコンピュータサイエンスアルゴリズムは、大きなグラフで最短経路を見つけるなど、正確に定義されたタスクの正確な実行に適しているが、ニューラルネットワークは、画像分類のようなより複雑なタスクにおいて、データから学習することで、最も可能性の高い答えを予測できる。 両方の世界を最大限に活用するために、この論文は、より堅牢で、より良いパフォーマンス、より解釈可能で、計算効率が高く、よりデータ効率の良いアーキテクチャへと導く2つの概念を組み合わせたものである。 この論文はアルゴリズムの監督という概念を定式化し、ニューラルネットワークがアルゴリズムから、あるいはアルゴリズムと連動して学習できるようにする。 アルゴリズムをニューラルネットワークに統合する場合、アーキテクチャをエンドツーエンドに訓練し、勾配をアルゴリズムを通じて有意義な方法で伝播させることができるように、アルゴリズムが微分可能であることが重要である。 アルゴリズムを微分可能にするために、この論文は変数を摂動させ、期待値を閉形式、すなわちサンプリングせずに近似することでアルゴリズムを連続的に緩和する一般的な方法を提案する。 さらに、この論文は微分可能ソートネットワーク、微分可能レンダラ、微分可能論理ゲートネットワークなどの微分可能アルゴリズムを提案する。 最後に、この論文はアルゴリズムで学ぶための代替のトレーニング戦略を示す。

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