論文の概要: Theoretical Foundations of Deep Selective State-Space Models

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.19047v1
• Date: Thu, 29 Feb 2024 11:20:16 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-01 15:14:19.459173
• Title: Theoretical Foundations of Deep Selective State-Space Models
• Title（参考訳）: 深部選択状態空間モデルの理論基礎
• Authors: Nicola Muca Cirone, Antonio Orvieto, Benjamin Walker, Cristopher Salvi and Terry Lyons
• Abstract要約: ディープSSMは、さまざまなドメインセットで優れたパフォーマンスを示す。 最近の研究で、線形リカレンス電力が入力と隠れ状態の間の乗法的相互作用を可能にすることが示されている。 ランダム線形再帰が単純な入力制御遷移を備える場合、隠れ状態は強力な数学的対象の低次元射影であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.989266348816749
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Structured state-space models (SSMs) such as S4, stemming from the seminal work of Gu et al., are gaining popularity as effective approaches for modeling sequential data. Deep SSMs demonstrate outstanding performance across a diverse set of domains, at a reduced training and inference cost compared to attention-based transformers. Recent developments show that if the linear recurrence powering SSMs allows for multiplicative interactions between inputs and hidden states (e.g. GateLoop, Mamba, GLA), then the resulting architecture can surpass in both in accuracy and efficiency attention-powered foundation models trained on text, at scales of billion parameters. In this paper, we give theoretical grounding to this recent finding using tools from Rough Path Theory: we show that when random linear recurrences are equipped with simple input-controlled transitions (selectivity mechanism), then the hidden state is provably a low-dimensional projection of a powerful mathematical object called the signature of the input -- capturing non-linear interactions between tokens at distinct timescales. Our theory not only motivates the success of modern selective state-space models such as Mamba but also provides a solid framework to understand the expressive power of future SSM variants.
• Abstract（参考訳）: S4のような構造化状態空間モデル (Structured state-space model, SSMs) は、Guらの研究から生まれたものであり、シーケンシャルデータモデリングの効果的なアプローチとして人気を集めている。 深部SSMは、アテンションベースのトランスフォーマーと比較してトレーニングと推論のコストを低減し、様々な領域で優れた性能を示す。 近年の進歩は、線形リカレンスを動力とするSSMが入力と隠された状態(例えばGateLoop、Mamba、GLA)間の乗法的相互作用を可能とすれば、結果のアーキテクチャはテキスト上で訓練された数十億のパラメータのスケールで精度と効率性の両方を上回りうることを示している。 本稿では、Rough Path Theoryのツールを用いた最近の理論的な根拠として、ランダムな線形反復が単純な入力制御遷移(選択機構)を備えている場合、隠れた状態は、入力のシグネチャと呼ばれる強力な数学的対象の低次元射影であり、異なる時間スケールでトークン間の非線形相互作用をキャプチャすることを示す。 我々の理論は、マンバのような現代の選択的状態空間モデルの成功を動機づけるだけでなく、将来のSSMの表現力を理解するための確かな枠組みも提供する。

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