In this article we study high-dimensional approximation capacities of shallow and deep artificial neural networks (ANNs) with the rectified linear unit (ReLU) activation. In particular, it is a key contribution of this work to reveal that for all $a,b\in\mathbb{R}$ with $b-a\geq 7$ we have that the functions $[a,b]^d\ni x=(x_1,\dots,x_d)\mapsto\prod_{i=1}^d x_i\in\mathbb{R}$ for $d\in\mathbb{N}$ as well as the functions $[a,b]^d\ni x =(x_1,\dots, x_d)\mapsto\sin(\prod_{i=1}^d x_i) \in \mathbb{R} $ for $ d \in \mathbb{N} $ can neither be approximated without the curse of dimensionality by means of shallow ANNs nor insufficiently deep ANNs with ReLU activation but can be approximated without the curse of dimensionality by sufficiently deep ANNs with ReLU activation. We show that the product functions and the sine of the product functions are polynomially tractable approximation problems among the approximating class of deep ReLU ANNs with the number of hidden layers being allowed to grow in the dimension $ d \in \mathbb{N} $. We establish the above outlined statements not only for the product functions and the sine of the product functions but also for other classes of target functions, in particular, for classes of uniformly globally bounded $ C^{ \infty } $-functions with compact support on any $[a,b]^d$ with $a\in\mathbb{R}$, $b\in(a,\infty)$. Roughly speaking, in this work we lay open that simple approximation problems such as approximating the sine or cosine of products cannot be solved in standard implementation frameworks by shallow or insufficiently deep ANNs with ReLU activation in polynomial time, but can be approximated by sufficiently deep ReLU ANNs with the number of parameters growing at most polynomially.


翻译:在此文章中, 我们研究浅层和深层人工神经网络的高维近效能力( ATN), 其修正线性单位( RELU) 激活。 特别是, 这是这项工作的关键贡献, 以显示对于所有$a, b\ in\ mathb{R} 美元, $b\ a\geq$, $b\ geq 7美元, 我们拥有的功能 $a, b] d\\\ geq x=( x_ 1,\ dot, x_d)\\ x mathbx=( 美元)\\ d_ prod) =( m)\ m)\ m) axxxxxxxxxx, massto\ d_dxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxbbbbx}xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

0
下载
关闭预览

相关内容

机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员