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講演抄録/キーワード
講演名 2020-03-06 13:25
Modular Reservoir Network for Pattern Recognition
○Yifan Dai・Masao Sakuraba・Shigeo Sato(Tohoku Univ.) NC2019-110
抄録 (和) (まだ登録されていません) 
(英) This work is based on liquid state machine (LSM) [1], which is a reservoir network [2] that yields deep relationship with neurophysiology and has possessed great success in time series processing. However, compared with popular feedforward artificial neural networks, the simulation cost for LSM involving spiking neuron is high, which limits the size and functionality of LSM. For better application of LSM, the purpose of this work is to 1) scale up the reservoir efficiently with low computational cost and 2) boost up the functionality by changing topology and synapses of the network. Firstly, we introduce the modular structure in which the synapses of neurons in different modules form directed-acyclic-graph while the neurons in the same modules are connected recurrently. Under this topology, a divide-and-conquer based algorithm could be applied to reduce the computational complexity dramatically. Secondly, we integrate the study on visual cortex [3], in which a Hough transform based convincible model of motion detection is invented, to improve the performance of reservoir network in pattern recognition. We use specifically designed input synapses with which the response of post neurons could perform the Hough transform with no extra costs. Experimentally, we proved that such assignment could improve the performance a lot compared with the case of random connected input synapses.
Numerical experiment is performed with MNIST dataset in which the images are converted into spiking sequences by Poisson encoding. The proposed structure could achieve highest precision against previously reported networks of similar size with around 1200 neurons (small-world, random and network proposed in [4] with probability of connections decayed by distance). As for the readout function, both SVM and linear map are implemented, in which the SVM readout performs better than linear map most of the time because of the overfitting in linear map. Moreover, the modular based proposed method shows great system robustness. As indicated in [5], even though the reservoir network could resist the input noise, slight system noise (randomly disable some synapses) would deteriorate the performance a lot. We tested the proposed network under system noise from 0.1% to 20%, in all level of noise, the proposed structure shows significant improvement from previously reported network. Besides, we also find that the proposed reservoir network suffers less performance loss compared with CNN when the labeled training data is not enough, which could have many potential applications.
キーワード (和) / / / / / / /  
(英) LSM / Reservoir computing / Modular / Pattern recognitionPattern recognition / Hough transform / Visual cortex / /  
文献情報 信学技報, vol. 119, no. 453, NC2019-110, pp. 199-199, 2020年3月.
資料番号 NC2019-110 
発行日 2020-02-26 (NC) 
ISSN Online edition: ISSN 2432-6380
著作権に
ついて
技術研究報告に掲載された論文の著作権は電子情報通信学会に帰属します.(許諾番号:10GA0019/12GB0052/13GB0056/17GB0034/18GB0034)
PDFダウンロード NC2019-110

研究会情報
研究会 NC MBE  
開催期間 2020-03-04 - 2020-03-06 
開催地(和) 電気通信大学 
開催地(英) University of Electro Communications 
テーマ(和) NC, ME, 一般 
テーマ(英) Neuro Computing, Medical Engineering, etc. 
講演論文情報の詳細
申込み研究会 NC 
会議コード 2020-03-NC-MBE 
本文の言語 英語 
タイトル(和)  
サブタイトル(和)  
タイトル(英) Modular Reservoir Network for Pattern Recognition 
サブタイトル(英)  
キーワード(1)(和/英) / LSM  
キーワード(2)(和/英) / Reservoir computing  
キーワード(3)(和/英) / Modular  
キーワード(4)(和/英) / Pattern recognitionPattern recognition  
キーワード(5)(和/英) / Hough transform  
キーワード(6)(和/英) / Visual cortex  
キーワード(7)(和/英) /  
キーワード(8)(和/英) /  
第1著者 氏名(和/英/ヨミ) 戴 一凡 / Yifan Dai / ダイ イッハン
第1著者 所属(和/英) 東北大学 (略称: 東北大)
Tohoku University (略称: Tohoku Univ.)
第2著者 氏名(和/英/ヨミ) 櫻庭 政夫 / Masao Sakuraba / サクラバ マサオ
第2著者 所属(和/英) 東北大学 (略称: 東北大)
Tohoku University (略称: Tohoku Univ.)
第3著者 氏名(和/英/ヨミ) 佐藤 茂雄 / Shigeo Sato / サトウ シゲオ
第3著者 所属(和/英) 東北大学 (略称: 東北大)
Tohoku University (略称: Tohoku Univ.)
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講演者 第1著者 
発表日時 2020-03-06 13:25:00 
発表時間 25分 
申込先研究会 NC 
資料番号 NC2019-110 
巻番号(vol) vol.119 
号番号(no) no.453 
ページ範囲 p.199 
ページ数 1 
発行日 2020-02-26 (NC) 


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