Redes neurais reversíveis e caracterização de problemas físicos através de programação diferenciável
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Manancial - Repositório Digital da UFSM |
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Texto Completo: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/28266 |
Resumo: | Reversible neural networks are a type of neural network where you can recover the input values knowing only the output values of the network. This thesis presents a method to approximate the reversibility of neural networks, where a neural network is trained to approximate the input values through the gradient of a cost function that depends on the output values. Applied in generative processes, reversibility allows generating data statistically similar to the training set. With a change in the proposed reversibility technique, it is possible to make local training of a neural network, saving computational memory resources, which can be applied to arbitrary problems such as classification. Differentiable programming is a computing paradigm where a program is built from differentiable blocks, offering the advantages of differentiability, which can be used to modify the program according to a data set and an objective function, as well as scalability, where a program can be run on hardware that offers high parallelism capability, such as GPU and TPU. This thesis presents the use of differentiable programming to approximate the solution of differential equations, demonstrating its ability to help solve physical problems that can be represented by this type of equation. Another developed differentiable programming application in spin models, which can be used to simulate a variety of phenomena such as magnetic materials, graphs and biological cells, offering advantages in scalability and execution time. |
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Redes neurais reversíveis e caracterização de problemas físicos através de programação diferenciávelReversible neural networks and characterization of physical problems through differentiable programmingAprendizado de máquinaRede neuralReversibilidadeProcessos gerativosTreinamento localProgramação diferenciávelEquações diferenciaisModelos de spinMachine learningNeural networkReversibilityGenerative processesLocal trainingDifferentiable programmingDifferential equationsSpin modelsCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAReversible neural networks are a type of neural network where you can recover the input values knowing only the output values of the network. This thesis presents a method to approximate the reversibility of neural networks, where a neural network is trained to approximate the input values through the gradient of a cost function that depends on the output values. Applied in generative processes, reversibility allows generating data statistically similar to the training set. With a change in the proposed reversibility technique, it is possible to make local training of a neural network, saving computational memory resources, which can be applied to arbitrary problems such as classification. Differentiable programming is a computing paradigm where a program is built from differentiable blocks, offering the advantages of differentiability, which can be used to modify the program according to a data set and an objective function, as well as scalability, where a program can be run on hardware that offers high parallelism capability, such as GPU and TPU. This thesis presents the use of differentiable programming to approximate the solution of differential equations, demonstrating its ability to help solve physical problems that can be represented by this type of equation. Another developed differentiable programming application in spin models, which can be used to simulate a variety of phenomena such as magnetic materials, graphs and biological cells, offering advantages in scalability and execution time.Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESRedes neurais reversíveis são um tipo de rede neural onde pode-se recuperar os valores de entrada conhecendo apenas os valores de saída da rede. Esta tese apresenta um método para aproximar reversibilidade de redes neurais, onde uma rede neural é treinada para aproximar os valores de entrada através do gradiente de uma função custo que depende dos valores da saída. Aplicado em processos gerativos, reversibilidade permite gerar dados estatisticamente semelhantes ao conjunto de treino. Com uma modificação na técnica de reversibilidade proposta, é possível tornar local o treinamento de uma rede neural, permitindo economizar recursos computacionais de memória, que pode ser aplicado em problemas arbitrários como classificação. Programação diferenciável é um paradigma de computação onde um programa é construído de blocos diferenciáveis, oferecendo as vantagens de diferenciabilidade, que pode ser usado para modificar o programa de acordo com um conjunto de dados e um objetivo, e escalabilidade, onde o programa pode ser executado em hardware que oferece alta capacidade de paralelismo, como GPU e TPU. Esta tese apresenta o uso de programação diferenciável para aproximar a solução de equações diferenciais, demonstrando sua capacidade em auxiliar na solução de problemas físicos que podem ser representados por este tipo de equação. Outra aplicação de programação diferenciável desenvolvida em modelos de spin, que podem ser usados para simular uma variedade de fenômenos como materiais magnéticos, grafos e células biológicas, oferecendo vantagem de escalabilidade e tempo de execução.Universidade Federal de Santa MariaBrasilFísicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em FísicaCentro de Ciências Naturais e ExatasMaziero, Jonashttp://lattes.cnpq.br/1270437648097538Duzzioni, Eduardo InacioMarchi, JerusaRibeiro, Alexandre DiasMombach, José Carlos MerinoFarias, Tiago de Souza2023-03-17T15:27:13Z2023-03-17T15:27:13Z2023-02-01info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/28266ark:/26339/001300000qh8fporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2023-03-17T15:27:13Zoai:repositorio.ufsm.br:1/28266Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2023-03-17T15:27:13Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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Reversible neural networks are a type of neural network where you can recover the input values knowing only the output values of the network. This thesis presents a method to approximate the reversibility of neural networks, where a neural network is trained to approximate the input values through the gradient of a cost function that depends on the output values. Applied in generative processes, reversibility allows generating data statistically similar to the training set. With a change in the proposed reversibility technique, it is possible to make local training of a neural network, saving computational memory resources, which can be applied to arbitrary problems such as classification. Differentiable programming is a computing paradigm where a program is built from differentiable blocks, offering the advantages of differentiability, which can be used to modify the program according to a data set and an objective function, as well as scalability, where a program can be run on hardware that offers high parallelism capability, such as GPU and TPU. This thesis presents the use of differentiable programming to approximate the solution of differential equations, demonstrating its ability to help solve physical problems that can be represented by this type of equation. Another developed differentiable programming application in spin models, which can be used to simulate a variety of phenomena such as magnetic materials, graphs and biological cells, offering advantages in scalability and execution time. |
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