注意力增强的储备计算

Dec, 2023

Attention-Enhanced Reservoir Computing

Felix Köster, Kazutaka Kanno, Jun Ohkubo, Atsushi Uchida

TL;DR光子储水池计算作为加速时间序列预测的硬件实现需求的最新技术，已被广泛运用，然而在预测混沌时间序列方面，传统的储水池计算模型在准确性方面存在一定局限性，因此我们引入了一种注意力机制，用于增强储水池计算模型输出阶段的预测准确性，实验结果表明，采用注意力机制的光子储水池计算能够提高较小储水池的预测能力，这些进展凸显了储水池计算在准确预测混沌时间序列的实际应用中的变革性可能性。

Abstract

photonic reservoir computing has been recently utilized in time series forecasting as the need for hardware implementations to accelerate these predictions has increased. Forecasting chaotic time series remains a

photonic reservoir computing time series forecasting attention mechanism prediction accuracy chaotic time series

发现论文，激发创造

物理库容计算的最新进展：综述

该综述通过将物理沉积池按类型分类，概述了近期物理沉积池计算的进展，并讨论了与物理沉积池计算相关的当前问题和前景，以进一步扩展其实际应用和开发下一代机器学习系统。

Aug, 2018

机器学习实现的吸引子重构

利用名为 “储集计算” 的机器学习方法成功地进行了混沌动力系统的短期预测和吸引子重构研究。我们提出了一个理论框架，描述了储集计算可以创建具有短期预测能力和准确长期遗传行为的经验模型的条件，并通过数值实验说明了这个理论。我们还认为这个理论适用于某些其他时间序列预测的机器学习方法。

May, 2018

一种周期时间序列预测的新型储备架构

本文介绍了一种基于储层计算的新方法，用于预测周期性时间序列，特别适用于生成音乐节奏等需要精确预测节奏的任务。我们的方法利用储层计算，并以预测人类节奏感知为最终目标。我们的网络准确地预测人类频率感知范围内的节奏信号。模型结构包含主要和中间神经元，用于捕捉和传递节奏信息。两个参数矩阵 c 和 k 调节储层的动态特性。我们提出了一个损失函数来调整训练后的 c，并引入了一种动态选择机制来调整 k，以便关注具有杰出贡献的区域。在多样化的测试集上的实验结果展示了准确的预测，并通过实时调整储层的 c 和 k 进一步提高了预测性能。比较评估结果显示其相对于传统模型具有更出色的性能。

May, 2024

利用光子储备计算机进行高速人体动作识别

本文提出了基于 “兴趣时间步” 的水库计算算法的新训练方法，研究了其在人类行为识别中的表现，同时还在 KTH 数据集上使用单个非线性节点和时延线进行了光子实现。该算法表现出高准确性和速度，能够实现多个视频流的实时处理。这是开发高效专用硬件进行视频处理的重要一步。

May, 2023

用于时间数据处理的高效能量自适应电容物理储备计算系统

利用可变生物膜基 memcapacitor 作为 reservoir，在分类和分析时间序列数据的仿真和实验中实现了 98％的口语数字分类准确率和 0.0012 的非线性回归任务正常化均方误差。

May, 2023

利用储层计算机预测和防止极端事件

本研究证明，水库计算机是一种有效的无模型预测确定性混沌系统中极端事件的工具。通过在预期极端事件之前的某些时刻对系统施加弱控制扰动，我们可以抑制不良的极端事件。本文在全球耦合的 FitzHugh-Nagumo 神经元系统和两个几乎相同的单向耦合混沌振荡器系统中展示了这种预测和预防策略的有效性。

Feb, 2020

振荡增强带有反馈的库蓄水计算中的时间序列预测

通过振荡驱动储层计算的反馈机制，本研究提出一种能够稳定网络活动且诱导复杂储层动力学的储层计算模型，即振荡驱动储层计算（ODRC）。ODRC 在运动定时和混沌时间序列预测任务中与传统储层计算方法相比能更准确地复现长期目标时间序列，并能从有限观测中学习到抽象生成规则。基于这种简单且计算廉价的实现所获得的显著改进，ODRC 可作为各种时间序列数据的实用模型，并可作为神经震荡及其小脑处理器的模型进行生物学探讨。

Jun, 2024

利用小容器重构混沌吸引子 —— 拓扑的影响

基于测量数据进行时间序列预测在广泛的应用中都是必须的，并且已经成为了广泛研究的主题。近年来，蓄水池计算已被证明是一种有效的方法，用于预测混沌动力学和从数据中重建混沌吸引子。本研究通过减小蓄水池的规模和复杂性，以提高硬件可操作性并更可靠地生产足够的替代模型。研究表明，与复杂的蓄水池拓扑相比，无耦合节点的蓄水池更可靠地产生长期时间序列预测。然后，我们将无耦合蓄水池的改进吸引子重建与所得替代系统的较小谱半径相连接。这些结果表明，节点度在确定所期望的动力学是否稳定于训练蓄水池的闭环操作中的自主替代系统中起着重要作用。就硬件可操作性而言，无耦合节点将允许在硬件架构中具有更大的自由度，因为不需要复杂的耦合设置，并且由于无耦合节点，系统响应对于空间和时间多路复用是等效的。

Feb, 2024

随机储层计算机

该论文研究了随机库容计算机的普适性，证明了具有随机特性的库容计算机是一种普遍的逼近类，并通过两个实际应用示例展示了其在分类和混沌时间序列预测方面相对确定性库容计算机的高性能。

May, 2024

利用合成活性微粒进行物理储层计算

用合成主动微粒系统进行物理储水池计算，其中自组织和噪音抑制起到关键作用。

Jul, 2023