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  5. Learning differentiable logic programs for abstract visual reasoning
 
  • Details
2024
Zweitveröffentlichung
Artikel
Verlagsversion

Learning differentiable logic programs for abstract visual reasoning

File(s)
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Hauptpublikation
10994_2024_Article_6610.pdf
CC BY 4.0 International
Format: Adobe PDF
Size: 5.83 MB
TUDa URI
tuda/13084
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-291389
DOI
10.26083/tuprints-00029138
Autor:innen
Shindo, Hikaru ORCID 0000-0001-7129-6118
Pfanschilling, Viktor
Dhami, Devendra Singh
Kersting, Kristian ORCID 0000-0002-2873-9152
Kurzbeschreibung (Abstract)

Visual reasoning is essential for building intelligent agents that understand the world and perform problem-solving beyond perception. Differentiable forward reasoning has been developed to integrate reasoning with gradient-based machine learning paradigms. However, due to the memory intensity, most existing approaches do not bring the best of the expressivity of first-order logic, excluding a crucial ability to solve abstract visual reasoning, where agents need to perform reasoning by using analogies on abstract concepts in different scenarios. To overcome this problem, we propose NEUro-symbolic Message-pAssiNg reasoNer (NEUMANN), which is a graph-based differentiable forward reasoner, passing messages in a memory-efficient manner and handling structured programs with functors. Moreover, we propose a computationally-efficient structure learning algorithm to perform explanatory program induction on complex visual scenes. To evaluate, in addition to conventional visual reasoning tasks, we propose a new task, visual reasoning behind-the-scenes, where agents need to learn abstract programs and then answer queries by imagining scenes that are not observed. We empirically demonstrate that NEUMANN solves visual reasoning tasks efficiently, outperforming neural, symbolic, and neuro-symbolic baselines.

Freie Schlagworte

Neuro-symbolic AI

Differentiable reason...

Inductive logic progr...

Graph neural network

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
20 Fachbereich Informatik > Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen
Zentrale Einrichtungen > Centre for Cognitive Science (CCS)
Zentrale Einrichtungen > hessian.AI - Hessisches Zentrum für Künstliche Intelligenz
DDC
000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Machine Learning
Startseite
8533
Endseite
8584
Jahrgang der Zeitschrift
113
Heftnummer der Zeitschrift
11-12
ISSN
1573-0565
Verlag
Springer
Ort der Erstveröffentlichung
Dordrecht
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2024
Verlags-DOI
10.1007/s10994-024-06610-2
PPN
532945360
Ergänzende Ressourcen (Supplement)
https://github.com/ml-research/neumann

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