Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > cs > arXiv:2504.06209v1

帮助 | 高级搜索

计算机科学 > 机器学习

arXiv:2504.06209v1 (cs)
[提交于 2025年4月8日 ]

标题: 具有记忆的信道的工作能力:感知-行动循环中的最大可提取功

标题: The Work Capacity of Channels with Memory: Maximum Extractable Work in Percept-Action Loops

Authors:Lukas J. Fiderer, Paul C. Barth, Isaac D. Smith, Hans J. Briegel
摘要: 预测未来观测值在机器学习、生物学、经济学以及许多其他领域中起着核心作用。 它位于变分自由能原理等组织原则的核心,并且已经通过热力学第二定律证明——为了达到顺序信息处理的基本能量限制,这是必要的。 尽管预测范式的有用性毋庸置疑,但与环境相互作用的复杂自适应系统不仅仅是预测机器:它们有能力对其环境采取行动并引发变化。 在这项工作中,我们开发了一个框架来分析感知-行动回路中信息处理的热力学——这是一种代理-环境交互模型——使我们能够以平等的方式研究行动和感知的热力学影响。 为此,我们引入了功容量的概念——代理可以预期从环境中提取功的最大速率。 我们的结果揭示,在行为具有可观察后果的环境中,两种先前确立的工作高效代理的设计原则——最大化预测能力和遗忘过去行为——均不再是最优选择。 相反,出现了一种权衡:工作高效的代理必须平衡预测和遗忘,因为记住过去的行为可能会减少可用的自由能。 这突显了被动观察热力学的根本偏离,表明在主动学习系统中,预测和能量效率可能是对立的。
摘要: Predicting future observations plays a central role in machine learning, biology, economics, and many other fields. It lies at the heart of organizational principles such as the variational free energy principle and has even been shown -- based on the second law of thermodynamics -- to be necessary for reaching the fundamental energetic limits of sequential information processing. While the usefulness of the predictive paradigm is undisputed, complex adaptive systems that interact with their environment are more than just predictive machines: they have the power to act upon their environment and cause change. In this work, we develop a framework to analyze the thermodynamics of information processing in percept-action loops -- a model of agent-environment interaction -- allowing us to investigate the thermodynamic implications of actions and percepts on equal footing. To this end, we introduce the concept of work capacity -- the maximum rate at which an agent can expect to extract work from its environment. Our results reveal that neither of two previously established design principles for work-efficient agents -- maximizing predictive power and forgetting past actions -- remains optimal in environments where actions have observable consequences. Instead, a trade-off emerges: work-efficient agents must balance prediction and forgetting, as remembering past actions can reduce the available free energy. This highlights a fundamental departure from the thermodynamics of passive observation, suggesting that prediction and energy efficiency may be at odds in active learning systems.
评论: 10+32页;6+19幅图
主题: 机器学习 (cs.LG) ; 统计力学 (cond-mat.stat-mech); 信息论 (cs.IT); 适应性与自组织系统 (nlin.AO); 混沌动力学 (nlin.CD); 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2504.06209 [cs.LG]
  (或者 arXiv:2504.06209v1 [cs.LG] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.06209
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Lukas J. Fiderer [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 4 月 8 日 16:54:20 UTC (529 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • TeX 源代码
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
cs.LG
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-04
切换浏览方式为:
cond-mat
cond-mat.stat-mech
cs
cs.IT
math
math.IT
nlin
nlin.AO
nlin.CD
quant-ph

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号