Advances in quantum machine learning

Here we discuss advances in the field of quantum machine learning. The following document offers a hybrid discussion; both reviewing the field as it is currently, and suggesting directions for further research. We include both algorithms and experimental implementations in the discussion. The field's outlook is generally positive, showing significant promise. However, we believe there are appreciable hurdles to overcome before one can claim that it is a primary application of quantum computation.Comment: 38 pages, 17 Figure

LogicWiSARD: Memoryless synthesis of weightless neural networks

Weightless neural networks (WNNs) are an alternative pattern recognition technique where RAM nodes function as neurons. As both training and inference require mostly table lookups, few additions, and no multiplications, WNNs are suitable for high-performance and low-power embedded applications. This work introduces a novel approach to implement WiSARD, the leading WNN state-of-the-art architecture, completely eliminating memories and arithmetic circuits and utilizing only logic functions. The approach creates compressed minimized implementations by converting trained WNN nodes from lookup tables to logic functions. The proposed LogicWiSARD is implemented in FPGA and ASIC technologies to illustrate its suitability for edge inference. Experimental results show more than 80% reduction in energy consumption when the proposed LogicWiSARD model is compared with a multilayer perceptron network (MLP) of equivalent accuracy. Compared to previous work on FPGA implementations for WNNs, convolutional neural networks, and binary neural networks, the energy savings of LogicWiSARD range between 32.2% and 99.6%.info:eu-repo/semantics/acceptedVersio

Pruning weightless neural networks

Weightless neural networks (WNNs) are a type of machine learning model which perform prediction using lookup tables (LUTs) instead of arithmetic operations. Recent advancements in WNNs have reduced model sizes and improved accuracies, reducing the gap in accuracy with deep neural networks (DNNs). Modern DNNs leverage “pruning” techniques to reduce model size, but this has not previously been explored for WNNs. We propose a WNN pruning strategy based on identifying and culling the LUTs which contribute least to overall model accuracy. We demonstrate an average 40% reduction in model size with at most 1% reduction in accuracy.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Theoretical results on a weightless neural classifier and application to computational linguistics

WiSARD é um classificador n-upla, historicamente usado em tarefas de reconhecimento de padrões em imagens em preto e branco. Infelizmente, não era comum que este fosse usado em outras tarefas, devido á sua incapacidade de arcar com grandes volumes de dados por ser sensível ao conteúdo aprendido. Recentemente, a técnica de bleaching foi concebida como uma melhoria à arquitetura do classificador n-upla, como um meio de coibir a sensibilidade da WiSARD. Desde então, houve um aumento na gama de aplicações construídas com este sistema de aprendizado. Pelo uso frequente de corpora bastante grandes, a etiquetação gramatical multilíngue encaixa-se neste grupo de aplicações. Esta tese aprimora o mWANN-Tagger, um etiquetador gramatical sem peso proposto em 2012. Este texto mostra que a pesquisa em etiquetação multilíngue com WiSARD foi intensificada através do uso de linguística quantitativa e que uma configuração de parâmetros universal foi encontrada para o mWANN-Tagger. Análises e experimentos com as bases da Universal Dependencies (UD) mostram que o mWANN-Tagger tem potencial para superar os etiquetadores do estado da arte dada uma melhor representação de palavra. Esta tese também almeja avaliar as vantagens do bleaching em relação ao modelo tradicional através do arcabouço teórico da teoria VC. As dimensões VC destes foram calculadas, atestando-se que um classificador n-upla, seja WiSARD ou com bleaching, que possua N memórias endereçadas por n-uplas binárias tem uma dimensão VC de exatamente N (2n − 1) + 1. Um paralelo foi então estabelecido entre ambos os modelos, onde deduziu-se que a técnica de bleaching é uma melhoria ao método n-upla que não causa prejuízos à sua capacidade de aprendizado.WiSARD é um classificador n-upla, historicamente usado em tarefas de reconhecimento de padrões em imagens em preto e branco. Infelizmente, não era comum que este fosse usado em outras tarefas, devido á sua incapacidade de arcar com grandes volumes de dados por ser sensível ao conteúdo aprendido. Recentemente, a técnica de bleaching foi concebida como uma melhoria à arquitetura do classificador n-upla, como um meio de coibir a sensibilidade da WiSARD. Desde então, houve um aumento na gama de aplicações construídas com este sistema de aprendizado. Pelo uso frequente de corpora bastante grandes, a etiquetação gramatical multilíngue encaixa-se neste grupo de aplicações. Esta tese aprimora o mWANN-Tagger, um etiquetador gramatical sem peso proposto em 2012. Este texto mostra que a pesquisa em etiquetação multilíngue com WiSARD foi intensificada através do uso de linguística quantitativa e que uma configuração de parâmetros universal foi encontrada para o mWANN-Tagger. Análises e experimentos com as bases da Universal Dependencies (UD) mostram que o mWANN-Tagger tem potencial para superar os etiquetadores do estado da arte dada uma melhor representação de palavra. Esta tese também almeja avaliar as vantagens do bleaching em relação ao modelo tradicional através do arcabouço teórico da teoria VC. As dimensões VC destes foram calculadas, atestando-se que um classificador n-upla, seja WiSARD ou com bleaching, que possua N memórias endereçadas por n-uplas binárias tem uma dimensão VC de exatamente N (2n − 1) + 1. Um paralelo foi então estabelecido entre ambos os modelos, onde deduziu-se que a técnica de bleaching é uma melhoria ao método n-upla que não causa prejuízos à sua capacidade de aprendizado

A New Classification Technique in Mobile Robot Navigation

This paper presents a novel pattern recognition algorithm that use weightless neural network (WNNs) technique.This technique plays a role of situation classifier to judge the situation around the mobile robot environment and makes control decision in mobile robot navigation. The WNNs technique is choosen due to significant advantages over conventional neural network, such as they can be easily implemented in hardware using standard RAM, faster in training phase and work with small resources. Using a simple classification algorithm, the similar data will be grouped with each other and it will be possible to attach similar data classes to specific local areas in the mobile robot environment. This strategy is demonstrated in simple mobile robot powered by low cost microcontrollers with 512 bytes of RAM and low cost sensors. Experimental result shows, when number of neuron increases the average environmental recognition ratehas risen from 87.6% to 98.5%.The WNNs technique allows the mobile robot to recognize many and different environmental patterns and avoid obstacles in real time. Moreover, by using proposed WNNstechnique mobile robot has successfully reached the goal in dynamic environment compare to fuzzy logic technique and logic function, capable of dealing with uncertainty in sensor reading, achieving good performance in performing control actions with 0.56% error rate in mobile robot speed