Математики уменьшили размер нейросети в 6 раз без ее переобучения

Команда математиков нашла способ уменьшить размер обученной нейронной сети в шесть раз, не затрачивая дополнительных ресурсов на ее переобучение. Подход основан на нахождении корреляции между весами нейронных связей в исходной системе и ее упрощенной версии. Результаты работы опубликованы в журнале Optical Memory and Neural Networks.

Структуры искусственных нейронных сетей и нейронов в живом организме основаны на тех же принципах. Узлы в сети связаны между собой, но некоторые из них получают сигнал, а некоторые — передают его, активируя или подавляя следующий элемент в цепочке. Для обработки любого сигнала — такого, как изображения или звука — требуется множество сетевых элементов и исходящих от них соединений. Однако модели компьютеров имеют ограниченные емкость и объем памяти. Для работы с большими объемами данных специалистам приходится изобретать различные способы снижения требований к емкости, включая так называемое квантование. Это помогает снизить потребление ресурсов, но требует переобучения системы.

«Несколько лет назад мы провели эффективное и экономичное квантование весов в сети Хопфилда. Это сеть с ассоциативной памятью с симметричными связями между элементами, которые формируются в соответствии с правилом Хебба. В ходе ее работы активность сети сводится к определенному состоянию равновесия, и когда оно достигается, задача считается решенной. Выводы, полученные в этом исследовании, позже были применены к сетям прямого обучения с глубоким обучением, которые сегодня очень популярны в распознавании изображений. Как правило, эти сети требуют повторное обучение после квантования, но мы нашли способ избежать этого».

Яков Карандашев, кандидат наук, доцент РУДН.

Основная идея упрощения искусственных нейронных сетей — это так называемое квантование весов, то есть уменьшение количества битов на каждый вес. Квантование предусматривает усреднение сигнала: например, если оно применяется к изображению, все пиксели, представляющие разные оттенки одного цвета, станут идентичными. Математически это означает, что нейронные связи, похожие по определенным параметрам, должны иметь одинаковый вес (или важность), выраженный числом.

Команда математиков из РУДН провела расчеты и создала формулы, которые эффективно устанавливают корреляции между весами в нейронной сети до и после квантования. На их основе ученые разработали алгоритмы, с помощью которых обученная нейронная сеть могла классифицировать изображения. В своем эксперименте математики использовали текстовый пакет из 50 тысяч фотографий, которые можно было разделить на 1 000 групп. После обучения сеть была квантована с использованием нового метода и не подвергалась повторному обучению. Затем результаты сравнивали с другими алгоритмами квантования.

После квантования точность классификации снизилась всего на 1%, но требуемый объем хранилища был уменьшен в шесть раз. Эксперименты показывают, что эта сеть не требует повторного обучения из-за сильной корреляции между исходным и квантованным весами. Такой подход может помочь экономия ресурсов при выполнении срочных задач или работе на мобильных устройствах.

Читать еще:

Ядерный ракетный двигатель строят для полетов на Марс. Чем он опасен?

Посмотрите на изображение Марса из 8 триллионов пикселей.

Лунная пыль смертельно опасна для человека. Спутник Земли не подходит для колонизации?

Аборты и наука: что будет с детьми, которых родят.

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Терапия светом помогла при травмах позвоночника
Наука
Робот-гуманоид с электроприводом может работать вслепую
Новости
Вакцина заставляет иммунитет бороться с раком мозга, показали испытания на людях
Наука
Вольфрамовый токамак WEST удерживал плазму в течение рекордных 6 минут
Наука
Посмотрите, как робопес, обученный ИИ, балансирует на гимнастическом шаре
Новости
Генная терапия улучшила зрение у людей с наследственной слепотой
Наука
Перед презентацией Apple появились подробности о новых iPad Pro и iPad Air
Новости
Астрономы наблюдали свет вокруг гигантских черных дыр, образовавшихся вскоре после Большого взрыва
Наука
В мозге человека нашли «нейронный компас», который помогает определять направление
Наука
Электричество получили из влаги в воздухе с помощью бактериальных «проводов»
Наука
Разработана вакцина, которая защищает от коронавирусов будущего
COVID-19
Ограничения в работе TikTok не повлияли на популярность социальной сети
Новости
Исчезновение «щита» от солнечной радиации совпало с рассветом жизни на Земле 590 млн лет назад
Наука
Крошечные «бессмертные» черные дыры могут заполнять Вселенную и объяснять темную материю
Наука
Ученые впервые наблюдали, как орангутанг занимается самолечением
Наука
SpaceX не смогла скрыть полет ракеты над Россией: в сети публикуют фото
Космос
Зонд «Эйнштейн» показал первую партию редких космических фото
Космос
Миссию по доставке образцов с загадочной стороны Луны запустили в Китае
Наука
Ученые подтвердили ключевые события из Библии
Наука
Недалеко от нас есть планета, где ветер дует быстрее пули
Космос