This thesis investigates the role of noise in the short-term memory performance of linear SSMs. Following a review of the state of the art covering Transformers and linear recurrent models (S4, S5, Mamba), we analyze a SISO linear time-invariant system driven by Gaussian noise. We derive conditions on the state matrix that maximize memory capacity under stochastic perturbations, extending the analysis to the two-dimensional case. Our results suggest that noise-aware initialization strategies can significantly improve retention of past inputs, with implications for the design of efficient SSM architectures targeting long-context reasoning.
Questa tesi studia il ruolo del rumore nelle prestazioni di memoria a breve termine degli SSM lineari. Dopo una rassegna dello stato dell'arte su Transformer e modelli ricorrenti lineari (S4, S5, Mamba), viene analizzato un sistema lineare tempo-invariante SISO soggetto a rumore gaussiano. Vengono derivate condizioni sulla matrice di stato che massimizzano la capacità di memoria in presenza di perturbazioni stocastiche, estendendo successivamente la trattazione al caso bidimensionale. I risultati suggeriscono che strategie di inizializzazione noise-aware possono migliorare significativamente la ritenzione degli input passati, con implicazioni per la progettazione di architetture SSM efficienti per il ragionamento su contesti lunghi.
Short-Term Memory Performance in Noisy Linear Systems
LAMPITELLI, SALVATORE
2025/2026
Abstract
This thesis investigates the role of noise in the short-term memory performance of linear SSMs. Following a review of the state of the art covering Transformers and linear recurrent models (S4, S5, Mamba), we analyze a SISO linear time-invariant system driven by Gaussian noise. We derive conditions on the state matrix that maximize memory capacity under stochastic perturbations, extending the analysis to the two-dimensional case. Our results suggest that noise-aware initialization strategies can significantly improve retention of past inputs, with implications for the design of efficient SSM architectures targeting long-context reasoning.| File | Dimensione | Formato | |
|---|---|---|---|
|
Short_Term_Memory_Performance_in_Noisy_Linear_Systems___final.pdf
accesso aperto
Dimensione
2.31 MB
Formato
Adobe PDF
|
2.31 MB | Adobe PDF | Visualizza/Apri |
The text of this website © Università degli studi di Padova. Full Text are published under a non-exclusive license. Metadata are under a CC0 License
https://hdl.handle.net/20.500.12608/118552