The analysis of complex physical systems hinges on the ability to extract the relevant degrees of freedom from among the many others. Though much hope is placed in machine learning, it also brings challenges, chief of which is interpretability. It is often unclear what relation, if any, the architecture- and training-dependent learned "relevant" features bear to standard objects of physical theory. Here we report on theoretical results which may help to systematically address this issue: we establish equivalence between the information-theoretic notion of relevance defined in the Information Bottleneck (IB) formalism of compression theory, and the field-theoretic relevance of the Renormalization Group. We show analytically that for statistical physical systems described by a field theory the "relevant" degrees of freedom found using IB compression indeed correspond to operators with the lowest scaling dimensions. We confirm our field theoretic predictions numerically. We study dependence of the IB solutions on the physical symmetries of the data. Our findings provide a dictionary connecting two distinct theoretical toolboxes, and an example of constructively incorporating physical interpretability in applications of deep learning in physics.


翻译:复杂的物理系统的分析取决于从许多其他系统中提取相关自由度的能力。 虽然对机器学习寄予很大希望,但它也带来了挑战,主要在于可解释性。通常不清楚建筑和训练所学的“相关”特征与物理理论的标准对象之间的关系(如果有的话)如何。我们在这里报告可能有助于系统解决这一问题的理论结果:我们建立了信息瓶(IB)压缩理论的正式理论中定义的相关信息理论概念与重新正常化小组的实地理论相关性之间的等同。我们从分析中可以看出,对以实地理论描述的统计物理系统而言,使用IB压缩的“相关”自由度确实与最小尺寸的操作者相对应。我们用数字来证实我们的实地理论预测。我们研究了IB解决方案对数据物理对称性的依赖性。我们的研究提供了将两个截然不同的理论工具箱连接起来的词典,以及将物理解释纳入物理学深层学习应用的建设性实例。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
数据科学导论,54页ppt,Introduction to Data Science
专知会员服务
38+阅读 · 2020年7月27日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
76+阅读 · 2020年7月26日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
238+阅读 · 2020年4月19日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
167+阅读 · 2019年10月11日
Yoshua Bengio,使算法知道“为什么”
专知会员服务
7+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
已删除
将门创投
3+阅读 · 2019年9月4日
计算机 | 入门级EI会议ICVRIS 2019诚邀稿件
Call4Papers
10+阅读 · 2019年6月24日
CCF A类 | 顶级会议RTSS 2019诚邀稿件
Call4Papers
10+阅读 · 2019年4月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
大数据 | 顶级SCI期刊专刊/国际会议信息7条
Call4Papers
10+阅读 · 2018年12月29日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
人工智能 | 国际会议/SCI期刊约稿信息9条
Call4Papers
3+阅读 · 2018年1月12日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
Arxiv
0+阅读 · 2021年1月22日
Arxiv
0+阅读 · 2021年1月21日
Arxiv
7+阅读 · 2018年3月22日
VIP会员
相关VIP内容
数据科学导论,54页ppt,Introduction to Data Science
专知会员服务
38+阅读 · 2020年7月27日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
76+阅读 · 2020年7月26日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
238+阅读 · 2020年4月19日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
167+阅读 · 2019年10月11日
Yoshua Bengio,使算法知道“为什么”
专知会员服务
7+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
已删除
将门创投
3+阅读 · 2019年9月4日
计算机 | 入门级EI会议ICVRIS 2019诚邀稿件
Call4Papers
10+阅读 · 2019年6月24日
CCF A类 | 顶级会议RTSS 2019诚邀稿件
Call4Papers
10+阅读 · 2019年4月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
大数据 | 顶级SCI期刊专刊/国际会议信息7条
Call4Papers
10+阅读 · 2018年12月29日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
人工智能 | 国际会议/SCI期刊约稿信息9条
Call4Papers
3+阅读 · 2018年1月12日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员