Tensor networks have found a wide use in a variety of applications in physics and computer science, recently leading to both theoretical insights as well as practical algorithms in machine learning. In this work we explore the connection between tensor networks and probabilistic graphical models, and show that it motivates the definition of generalized tensor networks where information from a tensor can be copied and reused in other parts of the network. We discuss the relationship between generalized tensor network architectures used in quantum physics, such as string-bond states, and architectures commonly used in machine learning. We provide an algorithm to train these networks in a supervised-learning context and show that they overcome the limitations of regular tensor networks in higher dimensions, while keeping the computation efficient. A method to combine neural networks and tensor networks as part of a common deep learning architecture is also introduced. We benchmark our algorithm for several generalized tensor network architectures on the task of classifying images and sounds, and show that they outperform previously introduced tensor-network algorithms. The models we consider also have a natural implementation on a quantum computer and may guide the development of near-term quantum machine learning architectures.


翻译:Tensor 网络在物理和计算机科学的各种应用中发现广泛应用,最近导致理论洞察以及机器学习的实用算法。在这项工作中,我们探索了高频网络和概率图形模型之间的联系,并展示了这种联系的动因,即,在可复制和再利用来自高频的信息的通用高频网络定义中,可在网络的其他地方复制和再利用。我们讨论了量子物理中使用的普通高温网络结构(例如弦-邦德状态)和机器学习常用的建筑之间的关系。我们提供了一种算法,以在受监督的学习环境中培训这些网络,并表明它们克服了正常的高压网络的局限性,同时保持了计算效率。还引入了将神经网络和高压网络结合起来作为共同深层次学习结构的一部分的方法。我们将若干普通的高压网络结构的算法以图像和声音分类任务为基准,并表明它们已经超越了先前引入的太阳能网络算法。我们所考虑的模型在量计算机上也有自然应用,并可能指导近期量子机器学习结构的发展。

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