Hopfield Model –Continuous Casepelillo/Didattica/Old Stuff... · Esiste una relazione stretta tra...

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Hopfield Model – Continuous Case The Hopfield model can be generalized using continuous activation functions. More plausible model. In this case: where is a continuous, increasing, non linear function. Examples ( = = j i j ij i i I V W g u g V b b b g ( ] [ 1 1 , e e e e u tanh u u u u - - = - - b b b b b ( ] [ 1 0 1 1 2 , e u g u = - b b

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Hopfield Model – Continuous Case

The Hopfield model can be generalized using continuous activation functions.More plausible model.In this case:

where is a continuous, increasing, non linear function.

Examples

( )

+== ∑j

ijijii IVWgugV ββ

βg

( ) ] [11,eeeeutanh uu

uu

−∈+−

= −

ββ

ββ

β

( ) ] [101

12 ,

eug u ∈

+= − ββ

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Funzione di attivazione

ß > 1ß = 1ß < 1

-1

+1

( ) ( )xtanhxf β=

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Updating Rules

Several possible choices for updating the units :

Asynchronous updating: one unit at a time is selected to have its output set

Synchronous updating: at each time step all units have their output set

Continuous updating: all units continuously and simultaneously change their outputs

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Continuous Hopfield Models

Using the continuous updating rule, the network evolves according to the following set of (coupled) differential equations:

where are suitable time constants ( > 0).

Note When the system reaches a fixed point ( / = 0 ) we get

Indeed, we study a very similar dynamics

( )

++−=+−= ∑j

ijijiiii

i IVwgVugVdt

dVββτ

iτ iτ

idV dt i∀

( )ii ugV β=

( ) ijj

ijii

i Iugwudtdu

++−= ∑ βτ

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Modello di Hopfield continuo(energia)

Perché è monotona crescente e .

N.B.

cioè è un punto di equilibrio

( )

( ) 0

21

21

2

1

′−=

−=

+−−=

−+−−=

∑∑

∑∑∑∑ −

dtduug

dtdu

dtdV

IuVTdt

dVdt

dVIdt

dVVgdt

dVVTV

dtdVT

dtdE

ii

ii

ii

ii

iijj

iji

i

i

ii

ii

i

ji

ijijj

i

ijij

β

β

τ

τ

βg 0>iτ

00 =⇔=dtdu

dtdE i

iu

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The Energy Function

As the discrete model, the continuous Hopfield network has an “energy” function,provided that W = WT :

Easy to prove that

with equality iff the net reaches a fixed point.

( ) ∑∑ ∑ ∑ ∫ −+−= −

iii

i j i

Vjiij VIdVVgVVwE i

01

21

β

0≤dtdE

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Modello di Hopfield continuo(relazione con il modello discreto)

Esiste una relazione stretta tra il modello continuo e quello discreto.Si noti che :

quindi :

Il 2o termine in E diventa :

L’integrale è positivo (0 se Vi=0).Per il termine diventa trascurabile, quindi la funzione E del modello continuodiventa identica a quello del modello discreto

( ) ( ) ( )iiii ugugugV βββ ≡== 1

( )ii Vgu 11 −=β

( ) dVVgi

V

i

i∑ ∫

0

11β

∞→β

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Optimization Using Hopfield Network

§ Energy function of Hopfield network

§ The network will evolve into a (locally / globally) minimum energy state

§ Any quadratic cost function can be rewritten as the Hopfield network Energyfunction. Therefore, it can be minimized using Hopfield network.

§ Classical Traveling Salesperson Problem (TSP)

§ Many other applications• 2-D, 3-D object recognition• Image restoration• Stereo matching• Computing optical flow

ii

ijii j

ij VIVVwE ∑∑ ∑ −−=21