今天小編分享的科學經驗：全新神經網絡架構KAN一夜爆火！200參數頂30萬，MIT華人一作，輕松復現Nature封面AI數學研究，歡迎閱讀。
一種全新的神經網絡架構 KAN，誕生了！
與傳統的 MLP 架構截然不同，且能用更少的參數在數學、物理問題上取得更高精度。
比如，200 個參數的 KANs，就能復現 DeepMind 用 30 萬參數的 MLPs 發現數學定理研究。
不僅準确性更高，并且還發現了新的公式。要知道後者可是登上 Nature 封面的研究啊 ~
在函數拟合、偏微分方程求解，甚至處理凝聚态物理方面的任務都比 MLP 效果要好。
而在大模型問題的解決上，KAN 天然就能規避掉災難性遺忘問題，并且注入人類的習慣偏差或領網域知識非常容易。
來自 MIT、加州理工學院、東北大學等團隊的研究一出，瞬間引爆一整個科技圈：Yes We KAN！
甚至直接引出關于能否替代掉 Transformer 的 MLP 層的探讨，有人已經準備開始嘗試……
有網友表示：這看起來像是機器學習的下一步。
讓機器學習每個特定神經元的最佳激活，而不是由我們人類決定使用什麼激活函數。
還有人表示：可能正處于某些歷史發展的中間。
GitHub 上也已經開源，也就短短兩三天時間就收獲 1.1kStar。
對 MLP" 進行一個簡單的更改 "
跟 MLP 最大、也是最為直觀的不同就是，MLP 激活函數是在神經元上，而 KAN 把可學習的激活函數放在權重上。
在作者看來，這是一個 " 簡單的更改 "。
從數學定理方面來看，MLP 的靈感來自于通用近似定理，即對于任意一個連續函數，都可以用一個足夠深的神經網絡來近似。
而 KAN 則是來自于 Kolmogorov-Arnold 表示定理 ( KART ) ，每個多元連續函數都可以表示為單變量連續函數的兩層嵌套疊加。
KAN 的名字也由此而來。
正是受到這一定理的啟發，研究人員用神經網絡将 Kolmogorov-Arnold 表示參數化。
為了紀念兩位偉大的已故數學家 Andrey Kolmogorov 和 Vladimir Arnold，我們稱其為科爾莫格羅夫 - 阿諾德網絡（KANs）。
而從算法層面上看，MLPs 在神經元上具有（通常是固定的）激活函數，而 KANs 在權重上具有（可學習的）激活函數。這些一維激活函數被參數化為樣條曲線。
在實際應用過程中，KAN 可以直觀地可視化，提供 MLP 無法提供的可解釋性和互動性。
不過，KAN 的缺點就是訓練速度較慢。
對于訓練速度慢的問題，MIT 博士生一作 Ziming Liu 解釋道，主要有兩個方面的原因。
一個是技術原因，可學習的激活函數評估成本比固定激活函數成本更高。
另一個則是主觀原因，因為體内物理學家屬性抑制程式員的個性，因此沒有去嘗試優化效率。
對于是否能适配 Transformer，他表示：暫時不知道如何做到這一點。
以及對 GPU 友好嗎？他表示：還沒有，正在努力中。
天然能解決大模型災難性遺忘
再來看看 KAN 的具體實現效果。
神經縮放規律：KAN 的縮放速度比 MLP 快得多。除了數學上以 Kolmogorov-Arnold 表示定理為基礎，KAN 縮放指數也可以通過經驗來實現。
在函數拟合方面，KAN 比 MLP 更準确。
而在偏微分方程求解，比如求解泊松方程，KAN 比 MLP 更準确。
研究人員還有個意外發現，就是 KAN 不會像 MLP 那樣容易災難性遺忘，它天然就可以規避這個缺陷。
好好好，大模型的遺忘問題從源頭就能解決。
在可解釋方面，KAN 能通過符号公式揭示合成數據集的組成結構和變量依賴性。
人類用戶可以與 KANs 互動，使其更具可解釋性。在 KAN 中注入人類的歸納偏差或領網域知識非常容易。
研究人員利用 KANs 還重新復現了 DeepMind 當年登上 Nature 的結果，并且還找到了 Knot 理論中新的公式，并以無監督的方式發現了新的結不變式關系。
△DeepMind 登 Nature 研究成果
Deepmind 的 MLP 大約 300000 個參數，而 KAN 大約只有 200 個參數。KAN 可以立即進行解釋，而 MLP 則需要進行特征歸因的後期分析。并且準确性也更高。
對于計算要求，團隊表示論文中的所有例子都可以在單個 CPU 上 10 分鍾内重現。
雖然 KAN 所能處理的問題規模比許多機器學習任務要小，但對于科學相關任務來說就剛剛好。
比如研究凝固态物理中的一種相變：安德森局網域化。
好了，那麼 KAN 是否會取代 Transformer 中的 MLP 層呢？
有網友表示，這取決于兩個因素。
一點是學習算法，如 SGD、AdamW、Sophia 等—能否找到适合 KANs 參數的局部最小值？
另一點則是能否在 GPU 上高效地實現 KANs 層，最好能比 MLPs 跟快。
最後，論文中還貼心的給出了 " 何時該選用 KAN？" 的決策樹。
那麼，你會開始嘗試用 KAN 嗎？還是讓子彈再飛一會兒 ~
項目鏈接：
https://kindxiaoming.github.io/pykan/
論文鏈接：
https://arxiv.org/abs/2404.19756
參考鏈接：
[ 1 ] https://twitter.com/ZimingLiu11/status/1785483967719981538
[ 2 ] https://twitter.com/AnthropicAI/status/1785701418546180326
— 完 —
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