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下一代儲(chǔ)備池計(jì)算速度提高百萬(wàn)倍相關(guān)研究發(fā)表在《自然·通信》雜志

2021-09-23 15:53:28來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

儲(chǔ)備池計(jì)算是一種模仿人腦工作方式的計(jì)算方法。美國(guó)科學(xué)家在最新一期《自然·通信》雜志上撰文稱

，他們找到了一種新方法

，將儲(chǔ)備池計(jì)算的速度提高33到100萬(wàn)倍

，而所需的計(jì)算資源和數(shù)據(jù)輸入?yún)s大大減少

，新一代儲(chǔ)備池計(jì)算有助于解決一些最困難的信息處理問(wèn)題

，比如預(yù)測(cè)流體的動(dòng)態(tài)等

。

事實(shí)上

，在一次測(cè)試中

，研究人員在臺(tái)式計(jì)算機(jī)上用不到一秒鐘的時(shí)間就解決了一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題

。研究主要作者、美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)物理學(xué)教授丹尼爾·高蒂爾說(shuō)

，同樣的問(wèn)題需要超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)解決

，而且需要更長(zhǎng)時(shí)間。

高蒂爾解釋稱

，儲(chǔ)備池計(jì)算是21世紀(jì)初出現(xiàn)的一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法

，用于解決“最難”的計(jì)算問(wèn)題，如預(yù)測(cè)動(dòng)力系統(tǒng)(比如天氣)隨時(shí)間的演化情況

。以前的研究表明

，儲(chǔ)備池計(jì)算非常適合學(xué)習(xí)動(dòng)力系統(tǒng)并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)它們未來(lái)的行為。

它使用類似人腦的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)

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？茖W(xué)家將動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)輸入網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)連接的人工神經(jīng)元組成的儲(chǔ)備池內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生有用的輸出

，科學(xué)家可對(duì)其進(jìn)行解釋并輸入網(wǎng)絡(luò)中

，從而對(duì)系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展作出越來(lái)越準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。系統(tǒng)越大

、越復(fù)雜

，科學(xué)家們希望預(yù)測(cè)得越準(zhǔn)確

，為此人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)就必須越大，完成任務(wù)所需的計(jì)算資源和時(shí)間也就越多

。

在最新研究中

，高蒂爾及其同事對(duì)整個(gè)儲(chǔ)備池計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，從而顯著減少了所需的計(jì)算資源并節(jié)省大量計(jì)算時(shí)間

。結(jié)果表明

，在不同的測(cè)試中，新系統(tǒng)比當(dāng)前系統(tǒng)可以快33到100萬(wàn)倍

。而且

，與當(dāng)前一代模型需要4000個(gè)神經(jīng)元相比，新一代計(jì)算僅需28個(gè)神經(jīng)元就達(dá)到了同樣的精度

。

高蒂爾進(jìn)一步指出：“科學(xué)家目前必須輸入1000或10000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)或更多數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)儲(chǔ)備池計(jì)算機(jī)進(jìn)行預(yù)熱——對(duì)需要輸入儲(chǔ)備池計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練

，但新系統(tǒng)只需要輸入兩三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。”在測(cè)試中

，他們用400個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)獲得了與現(xiàn)在使用5000或更多數(shù)據(jù)點(diǎn)相同的結(jié)果

。

(記者劉霞)

責(zé)任編輯：孫知兵

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