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Tailored minimal reservoir computing: Connecting nonlinearities in the input data with nonlinearities in the reservoir

Prosperino, Davide und Ma, Haochun und Gross, Vincent und Räth, Christoph (2025) Tailored minimal reservoir computing: Connecting nonlinearities in the input data with nonlinearities in the reservoir. DPG-Frühjahrstagung der Sektion Kondensierte Materie (SKM), 2025-03-16 - 2025-03-21, Regensburg, Deutschland.

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Kurzfassung

The traditional setup of reservoir computing (RC) for predicting time series uses random matrices to define the underlying network and the input layer. Here, we show that a few modifications, which eliminate randomness and minimize computational resources and data requirements, lead to significant and robust improvements in short- and long-term predictive performance. We introduce block-diagonal reservoirs, which implies that a reservoir can be composed of multiple smaller reservoirs. Further, the non-linear activation function at the nodes can be dispensed with if the non-linear step in the analysis chain is shifted to the output layer. The input weights are determined according to well-defined rules. Any random initialization has thus been eliminated. By varying the remaining four hyperparameters, it is now possible to systematically investigate the transition from a linear, disjunct mapping of the input data to the output data to a combined nonlinear one. It is further demonstrated that there is a connection between the nonlinearities in the input data and the nonlinearities in the reservoir such that the best prediction results are obtained when both nonlinearities match. It becomes thus possible to define an optimally tailored setup for minimal RC for data sets with given nonlinearities.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/215304/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Tailored minimal reservoir computing: Connecting nonlinearities in the input data with nonlinearities in the reservoir
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Prosperino, DavideAGINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ma, HaochunLMUNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gross, VincentLMUNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Räth, ChristophChristoph.Raeth (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Complex Systems, Machine Learning, Reservoir Computing, Prediction
Veranstaltungstitel:DPG-Frühjahrstagung der Sektion Kondensierte Materie (SKM)
Veranstaltungsort:Regensburg, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:16 März 2025
Veranstaltungsende:21 März 2025
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 Materialphysik im Weltraum > Wissenschaftliche Experimente
Hinterlegt von: Räth, Christoph
Hinterlegt am:11 Aug 2025 12:29
Letzte Änderung:11 Aug 2025 12:29

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