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A novel approach to minimal reservoir computing

Ma, Haochun und Prosperino, Davide und Räth, Christoph (2023) A novel approach to minimal reservoir computing. Scientific Reports, 13, Seite 12970. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41598-023-39886-w. ISSN 2045-2322.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://www.nature.com/articles/s41598-023-39886-w

Kurzfassung

Reservoir computers are powerful machine learning algorithms for predicting nonlinear systems. Unlike traditional feedforward neural networks, they work on small training data sets, operate with linear optimization, and therefore require minimal computational resources. However, the traditional reservoir computer uses random matrices to define the underlying recurrent neural network and has a large number of hyperparameters that need to be optimized. Recent approaches show that randomness can be taken out by running regressions on a large library of linear and nonlinear combinations constructed from the input data and their time lags and polynomials thereof. However, for high-dimensional and nonlinear data, the number of these combinations explodes. Here, we show that a few simple changes to the traditional reservoir computer architecture further minimizing computational resources lead to significant and robust improvements in short- and long-term predictive performances compared to similar models while requiring minimal sizes of training data sets.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/196566/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A novel approach to minimal reservoir computing
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ma, HaochunLMUNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prosperino, DavideLMUNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Räth, ChristophChristoph.Raeth (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 August 2023
Erschienen in:Scientific Reports
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:13
DOI:10.1038/s41598-023-39886-w
Seitenbereich:Seite 12970
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2045-2322
Status:veröffentlicht
Stichwörter:AI, time series analysis, prediction, reservoir computing, complex systems
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Digitalisierung
DLR - Forschungsgebiet:D KIZ - Künstliche Intelligenz
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):D - Kurzstudien [KIZ]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für KI-Sicherheit
Hinterlegt von: Räth, Christoph
Hinterlegt am:14 Aug 2023 11:07
Letzte Änderung:14 Aug 2023 11:07

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