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Minimal Reservoir Computing

Ma, Haochun und Prosperino, Davide und Räth, Christoph (2024) Minimal Reservoir Computing. In: Verhandlungen der DPG. DPG Frühjahrestagung, 2024-03-18 - 2024-03-22, Berlin, Deutschland.

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Kurzfassung

Reservoir computers are powerful machine learning algorithms for predicting nonlinear systems. However, the traditional reservoir computer uses random matrices to define the underlying recurrent neural network and has a large number of hyperparameters to optimize. Here, we show that a few simple modifications to the traditional reservoir computer architecture, which eliminate randomness and minimize computational resources, lead to significant and robust improvements in short- and long-term predictive performance compared to similar models, while requiring minimal amount of training data. Specifically, the adjacency matrix of the reservoir becomes a block diagonal matrix, where each block is the same matrix with all elements being one. Further, we omit the nonlinear activation function. The nonlinearity is only introduced by also taking higher powers of the reservoir response. Thus, this new architecture open new avenues to explainable and interpretable reservoir computing. For certain parameterizations, we find that the predictions are accurate for more than 10 Lyapunov times and that ordinary least squares regression directly on the embedded data can predict the long-term climate of chaotic systems [1]. [1] H.Ma et al., Sci. Rep., 13, 12970 (2023)

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/203418/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Minimal Reservoir Computing
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ma, HaochunAGI / LMUNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prosperino, DavideAGINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Räth, ChristophChristoph.Raeth (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Erschienen in:Verhandlungen der DPG
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:time series analysis, AI, complex systems, reservoir computing
Veranstaltungstitel:DPG Frühjahrestagung
Veranstaltungsort:Berlin, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:18 März 2024
Veranstaltungsende:22 März 2024
Veranstalter :Deutsche Physikalische Gesellschaft
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:26 Mär 2024 12:49
Letzte Änderung:24 Apr 2024 21:03

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