为了对线性不可分离的数据进行分类，神经元通常被组织成具有至少一个隐藏层的多层神经网络。灵感来自最近神经科学的发现，我们提出了一种新的神经元模型以及一种新的激活函数，可以使用单个神经元来学习非线性决策边界。我们表明标准神经元随后是新颖的顶端枝晶激活（ADA）可以使用100 \％的精度来学习XOR逻辑函数。此外，我们在计算机视觉，信号处理和自然语言处理中进行五个基准数据集进行实验，即摩洛哥，utkface，crema-d，时尚mnist和微小的想象成，表明ADA和泄漏的ADA功能提供了卓越的结果用于各种神经网络架构的整流线性单元（Relu），泄漏的Relu，RBF和嗖嗖声，例如单隐层或两个隐藏层的多层的Perceptrons（MLPS）和卷积神经网络（CNNS），如LENET，VGG，RESET和字符级CNN。当我们使用具有顶端树突激活（Pynada）的金字塔神经元改变神经元的标准模型时，我们获得进一步的性能改进。我们的代码可用于：https://github.com/raduionescu/pynada。

我们研究了两种现实情景中的一系列识别任务，要求在强闭塞下分析面孔。一方面，我们的目标是识别佩戴虚拟现实（VR）耳机的人们的面部表情。另一方面，我们的目标是估计年龄并确定穿手术面具的人们的性别。对于所有这些任务，共同的地面是遮挡的一半面孔。在这一具有挑战性的环境中，我们表明，在完全可见的面上培训的卷积神经网络（CNNS）表现出非常低的性能水平。在微调遮挡面上的深度学习模型非常有用，我们表明可以通过从完全可见面上培训的模型蒸馏出来的知识来获得额外的性能增益。为此，我们研究了两种知识蒸馏方法，一个基于教师学生培训，一个基于三重态损失。我们的主要贡献包括基于三态损失的知识蒸馏的新方法，这遍历模型和任务。此外，我们考虑通过传统的师生培训或通过我们的小型教师学生培训来组合蒸馏模型，或通过基于三态损失的小说学生培训。我们提供了实证证据表明，在大多数情况下，个人和组合的知识蒸馏方法都会带来统计上显着的性能改进。我们在各种任务（面部表情识别，性别识别，年龄估计）上进行三种不同的神经模型（VGG-F，Vogg-Face，Reset-50）进行实验，而不管模型或任务如何，都显示出一致的改进。

An activation function has a significant impact on the efficiency and robustness of the neural networks. As an alternative, we evolved a cutting-edge non-monotonic activation function, Negative Stimulated Hybrid Activation Function (Nish). It acts as a Rectified Linear Unit (ReLU) function for the positive region and a sinus-sigmoidal function for the negative region. In other words, it incorporates a sigmoid and a sine function and gaining new dynamics over classical ReLU. We analyzed the consistency of the Nish for different combinations of essential networks and most common activation functions using on several most popular benchmarks. From the experimental results, we reported that the accuracy rates achieved by the Nish is slightly better than compared to the Mish in classification.

受生物神经元的启发，激活功能在许多现实世界中常用的任何人工神经网络的学习过程中起着重要作用。文献中已经提出了各种激活功能，用于分类和回归任务。在这项工作中，我们调查了过去已经使用的激活功能以及当前的最新功能。特别是，我们介绍了多年来激活功能的各种发展以及这些激活功能的优势以及缺点或局限性。我们还讨论了经典（固定）激活功能，包括整流器单元和自适应激活功能。除了基于表征的激活函数的分类法外，还提出了基于应用的激活函数的分类法。为此，对MNIST，CIFAR-10和CIFAR-100等分类数据集进行了各种固定和自适应激活函数的系统比较。近年来，已经出现了一个具有物理信息的机器学习框架，以解决与科学计算有关的问题。为此，我们还讨论了在物理知识的机器学习框架中使用的激活功能的各种要求。此外，使用Tensorflow，Pytorch和Jax等各种机器学习库之间进行了不同的固定和自适应激活函数进行各种比较。

Time Series Classification (TSC) is an important and challenging problem in data mining. With the increase of time series data availability, hundreds of TSC algorithms have been proposed. Among these methods, only a few have considered Deep Neural Networks (DNNs) to perform this task. This is surprising as deep learning has seen very successful applications in the last years. DNNs have indeed revolutionized the field of computer vision especially with the advent of novel deeper architectures such as Residual and Convolutional Neural Networks. Apart from images, sequential data such as text and audio can also be processed with DNNs to reach state-of-the-art performance for document classification and speech recognition. In this article, we study the current state-ofthe-art performance of deep learning algorithms for TSC by presenting an empirical study of the most recent DNN architectures for TSC. We give an overview of the most successful deep learning applications in various time series domains under a unified taxonomy of DNNs for TSC. We also provide an open source deep learning framework to the TSC community where we implemented each of the compared approaches and evaluated them on a univariate TSC benchmark (the UCR/UEA archive) and 12 multivariate time series datasets. By training 8,730 deep learning models on 97 time series datasets, we propose the most exhaustive study of DNNs for TSC to date.

The choice of activation functions and their motivation is a long-standing issue within the neural network community. Neuronal representations within artificial neural networks are commonly understood as logits, representing the log-odds score of presence of features within the stimulus. We derive logit-space operators equivalent to probabilistic Boolean logic-gates AND, OR, and XNOR for independent probabilities. Such theories are important to formalize more complex dendritic operations in real neurons, and these operations can be used as activation functions within a neural network, introducing probabilistic Boolean-logic as the core operation of the neural network. Since these functions involve taking multiple exponents and logarithms, they are computationally expensive and not well suited to be directly used within neural networks. Consequently, we construct efficient approximations named $\text{AND}_\text{AIL}$ (the AND operator Approximate for Independent Logits), $\text{OR}_\text{AIL}$, and $\text{XNOR}_\text{AIL}$, which utilize only comparison and addition operations, have well-behaved gradients, and can be deployed as activation functions in neural networks. Like MaxOut, $\text{AND}_\text{AIL}$ and $\text{OR}_\text{AIL}$ are generalizations of ReLU to two-dimensions. While our primary aim is to formalize dendritic computations within a logit-space probabilistic-Boolean framework, we deploy these new activation functions, both in isolation and in conjunction to demonstrate their effectiveness on a variety of tasks including image classification, transfer learning, abstract reasoning, and compositional zero-shot learning.

培训深度神经网络是一项非常苛刻的任务，尤其是具有挑战性的是如何适应体系结构以提高训练有素的模型的性能。我们可以发现，有时，浅网络比深网概括得更好，并且增加更多层会导致更高的培训和测试错误。深层残留学习框架通过将跳过连接添加到几个神经网络层来解决此降解问题。最初，需要这种跳过连接才能成功地训练深层网络，因为网络的表达性会随着深度的指数增长而成功。在本文中，我们首先通过神经网络分析信息流。我们介绍和评估批处理循环，该批处理通过神经网络的每一层量化信息流。我们从经验和理论上证明，基于梯度下降的训练方法需要正面批处理融合，以成功地优化给定的损失功能。基于这些见解，我们引入了批处理凝聚正则化，以使基于梯度下降的训练算法能够单独通过每个隐藏层来优化信息流。借助批处理正则化，梯度下降优化器可以将不可吸引的网络转换为可训练的网络。我们从经验上表明，因此我们可以训练“香草”完全连接的网络和卷积神经网络 - 没有跳过连接，批处理标准化，辍学或任何其他建筑调整 - 只需将批处理 - 凝集正则术语添加到500层中损失功能。批处理 - 注入正则化的效果不仅在香草神经网络上评估，还评估了在各种计算机视觉以及自然语言处理任务上的剩余网络，自动编码器以及变压器模型上。

非线性激活功能赋予神经网络，具有学习复杂的高维功能的能力。激活功能的选择是一个重要的超参数，确定深神经网络的性能。它显着影响梯度流动，训练速度，最终是神经网络的表示力。像Sigmoids这样的饱和活化功能遭受消失的梯度问题，不能用于深神经网络。通用近似定理保证，Sigmoids和Relu的多层网络可以学习任意复杂的连续功能，以任何准确性。尽管多层神经网络来学习任意复杂的激活功能，但传统神经网络中的每个神经元（使用SIGMOIDS和Relu类似的网络）具有单个超平面作为其决策边界，因此进行线性分类。因此，具有S形，Relu，Swish和Mish激活功能的单个神经元不能学习XOR函数。最近的研究已经发现了两层和三个人皮层中的生物神经元，具有摆动激活功能并且能够单独学习XOR功能。生物神经元中振荡激活功能的存在可能部分解释生物和人工神经网络之间的性能差距。本文提出了4个新的振荡激活功能，使单个神经元能够在没有手动功能工程的情况下学习XOR功能。本文探讨了使用振荡激活功能来解决较少神经元并减少培训时间的分类问题的可能性。

近年来，神经网络已显示出巨大的增长，以解决许多问题。已经引入了各种类型的神经网络来处理不同类型的问题。但是，任何神经网络的主要目标是使用层层次结构将非线性可分离的输入数据转换为更线性可分离的抽象特征。这些层是线性和非线性函数的组合。最流行和常见的非线性层是激活功能（AFS），例如Logistic Sigmoid，Tanh，Relu，Elu，Swish和Mish。在本文中，在神经网络中为AFS提供了全面的概述和调查，以进行深度学习。涵盖了不同类别的AFS，例如Logistic Sigmoid和Tanh，基于RELU，基于ELU和基于学习的AFS。还指出了AFS的几种特征，例如输出范围，单调性和平滑度。在具有不同类型的数据的不同网络的18个最先进的AF中，还进行了性能比较。提出了AFS的见解，以使研究人员受益于进一步的研究和从业者在不同选择中进行选择。用于实验比较的代码发布于：\ url {https://github.com/shivram1987/activationfunctions}。

最近，稀疏的培训方法已开始作为事实上的人工神经网络的培训和推理效率的方法。然而，这种效率只是理论上。在实践中，每个人都使用二进制掩码来模拟稀疏性，因为典型的深度学习软件和硬件已针对密集的矩阵操作进行了优化。在本文中，我们采用正交方法，我们表明我们可以训练真正稀疏的神经网络以收获其全部潜力。为了实现这一目标，我们介绍了三个新颖的贡献，这些贡献是专门为稀疏神经网络设计的：（1）平行训练算法及其相应的稀疏实现，（2）具有不可训练的参数的激活功能，以支持梯度流动，以支持梯度流量， （3）隐藏的神经元对消除冗余的重要性指标。总而言之，我们能够打破记录并训练有史以来最大的神经网络在代表力方面训练 - 达到蝙蝠大脑的大小。结果表明，我们的方法具有最先进的表现，同时为环保人工智能时代开辟了道路。

整流的线性单元目前是深度卷积神经网络中的最先进的激活功能。为了对抗Relu的垂死神经元问题，我们提出了参数分层线性单元（PVLU），其增加了具有培训系数的正弦函数来relu。随着在整个真实域的非线性和非零梯度引入非线性和非零梯度，PVLU在转移学习的背景下实施时作为微调的机制。在简单的非转移顺序CNN上，PVLU取代允许的相对误差减少16.3％和11.3％（无且数据增强）在CIFAR-100上。 PVLU也在转移学习模型上进行测试。 VGG-16和VGG-19分别在CREU与PVLU取代后，在CIFAR-10分别体验了9.5％和10.7％的相对误差。当在高斯过滤的CiFar-10图像上进行培训时，VGG型号将注意类似的改进。最值得注意的是，使用PVLU的微调允许在CIFAR数据集上的近最先进的剩余神经网络架构上的相对误差减少和超过10％。

本文提出了一种新的和富有激光激活方法，被称为FPLUS，其利用具有形式的极性标志的数学功率函数。它是通过常见的逆转操作来启发，同时赋予仿生学的直观含义。制剂在某些先前知识和预期特性的条件下理论上得出，然后通过使用典型的基准数据集通过一系列实验验证其可行性，其结果表明我们的方法在许多激活功能中拥有卓越的竞争力，以及兼容稳定性许多CNN架构。此外，我们将呈现给更广泛类型的功能延伸到称为PFPlus的函数，具有两个可以固定的或学习的参数，以便增加其表现力的容量，并且相同的测试结果验证了这种改进。

最近对反向传播的近似（BP）减轻了BP的许多计算效率低下和与生物学的不兼容性，但仍然存在重要的局限性。此外，近似值显着降低了基准的准确性，这表明完全不同的方法可能更富有成果。在这里，基于在软冠军全网络中Hebbian学习的最新理论基础上，我们介绍了多层softhebb，即一种训练深神经网络的算法，没有任何反馈，目标或错误信号。结果，它通过避免重量传输，非本地可塑性，层更新的时间锁定，迭代平衡以及（自我）监督或其他反馈信号来实现效率，这在其他方法中是必不可少的。与最先进的生物学知识学习相比，它提高的效率和生物兼容性不能取得准确性的折衷，而是改善了准确性。 MNIST，CIFAR-10，STL-10和IMAGENET上最多五个隐藏层和添加的线性分类器，分别达到99.4％，80.3％，76.2％和27.3％。总之，SOFTHEBB显示出与BP的截然不同的方法，即对几层的深度学习在大脑中可能是合理的，并提高了生物学上的机器学习的准确性。

手写数字识别（HDR）是光学特征识别（OCR）领域中最具挑战性的任务之一。不管语言如何，HDR都存在一些固有的挑战，这主要是由于个人跨个人的写作风格的变化，编写媒介和环境的变化，无法在反复编写任何数字等时保持相同的笔触。除此之外，特定语言数字的结构复杂性可能会导致HDR的模棱两可。多年来，研究人员开发了许多离线和在线HDR管道，其中不同的图像处理技术与传统的机器学习（ML）基于基于的和/或基于深度学习（DL）的体系结构相结合。尽管文献中存在有关HDR的广泛审查研究的证据，例如：英语，阿拉伯语，印度，法尔西，中文等，但几乎没有对孟加拉人HDR（BHDR）的调查，这缺乏对孟加拉语HDR（BHDR）的研究，而这些调查缺乏对孟加拉语HDR（BHDR）的研究。挑战，基础识别过程以及可能的未来方向。在本文中，已经分析了孟加拉语手写数字的特征和固有的歧义，以及二十年来最先进的数据集的全面见解和离线BHDR的方法。此外，还详细讨论了一些涉及BHDR的现实应用特定研究。本文还将作为对离线BHDR背后科学感兴趣的研究人员的汇编，煽动了对相关研究的新途径的探索，这可能会进一步导致在不同应用领域对孟加拉语手写数字进行更好的离线认识。

通过摩尔维亚岛与罗马尼亚语方言识别的机器学习模型的看似高精度水平和对这一主题的越来越多的研究兴趣，我们提供了摩尔维亚的跟进与罗马尼亚语交叉方言主题识别（MRC）的Vartial共享任务2019年评估运动。共享任务包括两个子任务类型：一个组成，其中包括摩尔维亚和罗马尼亚语方言的区分，其中一个由罗马尼亚语两条方言进行主题分类文件。参与者实现了令人印象深刻的分数，例如，摩尔维亚州的顶级型号与罗马尼亚语方言识别获得了0.895的宏F1得分。我们对人类注释者进行了主观评估，显示人类与机器学习（ML）模型相比，人类可以获得更低的精度率。因此，还不清楚为什么参与者提出的方法达到这种高精度率的方法。我们的目标是理解（i）为什么所提出的方法如此良好地工作（通过可视化鉴别特征）和（ii）这些方法可以在多大程度上保持其高精度水平，例如，这些方法可以保持高精度水平。当我们将文本样本缩短到单个句子时或我们在推理时间使用推文时。我们工作的二级目标是使用集合学习提出改进的ML模型。我们的实验表明，ML模型可以准确地识别方言，即使在句子水平和不同的域中（新闻文章与推文）。我们还分析了最佳性能模型的最辨别特征，在这些模型所采取的决策背后提供了一些解释。有趣的是，我们学习我们以前未知的新的辩证模式或我们的人为注册者。此外，我们进行实验，表明可以通过基于堆叠的集合来改善MRC共享任务的机器学习性能。

Computational units in artificial neural networks follow a simplified model of biological neurons. In the biological model, the output signal of a neuron runs down the axon, splits following the many branches at its end, and passes identically to all the downward neurons of the network. Each of the downward neurons will use their copy of this signal as one of many inputs dendrites, integrate them all and fire an output, if above some threshold. In the artificial neural network, this translates to the fact that the nonlinear filtering of the signal is performed in the upward neuron, meaning that in practice the same activation is shared between all the downward neurons that use that signal as their input. Dendrites thus play a passive role. We propose a slightly more complex model for the biological neuron, where dendrites play an active role: the activation in the output of the upward neuron becomes optional, and instead the signals going through each dendrite undergo independent nonlinear filterings, before the linear combination. We implement this new model into a ReLU computational unit and discuss its biological plausibility. We compare this new computational unit with the standard one and describe it from a geometrical point of view. We provide a Keras implementation of this unit into fully connected and convolutional layers and estimate their FLOPs and weights change. We then use these layers in ResNet architectures on CIFAR-10, CIFAR-100, Imagenette, and Imagewoof, obtaining performance improvements over standard ResNets up to 1.73%. Finally, we prove a universal representation theorem for continuous functions on compact sets and show that this new unit has more representational power than its standard counterpart.

生物神经元比人工感知龙更强大，部分原因是复杂的树突状输入计算。启发是为了使感知器具有生物学启发的功能，我们探索了添加和调谐输入分支因子以及输入辍学的效果。这允许发现和基准测试参数有效的非线性输入体系结构。此外，我们提出了一个pytorch模块，以替换现有体系结构中的多层感知层。我们对MNIST分类的最初实验证明了与现有的感知架构相比，树突神经元的准确性和泛化改善。

这是一门专门针对STEM学生开发的介绍性机器学习课程。我们的目标是为有兴趣的读者提供基础知识，以在自己的项目中使用机器学习，并将自己熟悉术语作为进一步阅读相关文献的基础。在这些讲义中，我们讨论受监督，无监督和强化学习。注释从没有神经网络的机器学习方法的说明开始，例如原理分析，T-SNE，聚类以及线性回归和线性分类器。我们继续介绍基本和先进的神经网络结构，例如密集的进料和常规神经网络，经常性的神经网络，受限的玻尔兹曼机器，（变性）自动编码器，生成的对抗性网络。讨论了潜在空间表示的解释性问题，并使用梦和对抗性攻击的例子。最后一部分致力于加强学习，我们在其中介绍了价值功能和政策学习的基本概念。

While machine learning is traditionally a resource intensive task, embedded systems, autonomous navigation, and the vision of the Internet of Things fuel the interest in resource-efficient approaches. These approaches aim for a carefully chosen trade-off between performance and resource consumption in terms of computation and energy. The development of such approaches is among the major challenges in current machine learning research and key to ensure a smooth transition of machine learning technology from a scientific environment with virtually unlimited computing resources into everyday's applications. In this article, we provide an overview of the current state of the art of machine learning techniques facilitating these real-world requirements. In particular, we focus on deep neural networks (DNNs), the predominant machine learning models of the past decade. We give a comprehensive overview of the vast literature that can be mainly split into three non-mutually exclusive categories: (i) quantized neural networks, (ii) network pruning, and (iii) structural efficiency. These techniques can be applied during training or as post-processing, and they are widely used to reduce the computational demands in terms of memory footprint, inference speed, and energy efficiency. We also briefly discuss different concepts of embedded hardware for DNNs and their compatibility with machine learning techniques as well as potential for energy and latency reduction. We substantiate our discussion with experiments on well-known benchmark datasets using compression techniques (quantization, pruning) for a set of resource-constrained embedded systems, such as CPUs, GPUs and FPGAs. The obtained results highlight the difficulty of finding good trade-offs between resource efficiency and predictive performance.

纯粹后的损害评估对于管理资源分配和执行有效响应至关重要。传统上，这种评估是通过野外侦察进行的，该侦察速度缓慢，危险且艰巨。取而代之的是，在本文中，我们进一步提出了通过卷积神经网络实施深度学习的想法，以便将建筑物的后卫星卫星图像分类为被洪水/损坏或未损坏的。该实验是在2017年哈维飓风之后使用的，该数据集采用了一个包含大休斯顿地区的纯种后卫星图像的数据集进行。本文实施了三个卷积神经网络模型体系结构，并配对了其他模型考虑，以实现高精度（超过99％），（超过99％），，超过99％），（超过99％）加强在殖民后灾难评估中有效使用机器学习。