We analyze the universal approximation constraints of narrow Residual Neural Networks (ResNets) both theoretically and numerically. For deep neural networks without input space augmentation, a central constraint is the inability to represent critical points of the input-output map. We prove that this has global consequences for target function approximations and show that the manifestation of this defect is typically a shift of the critical point to infinity, which we call the ``tunnel effect'' in the context of classification tasks. While ResNets offer greater expressivity than standard multilayer perceptrons (MLPs), their capability strongly depends on the signal ratio between the skip and residual channels. We establish quantitative approximation bounds for both the residual-dominant (close to MLP) and skip-dominant (close to neural ODE) regimes. These estimates depend explicitly on the channel ratio and uniform network weight bounds. Low-dimensional examples further provide a detailed analysis of the different ResNet regimes and how architecture-target incompatibility influences the approximation error.


翻译:我们从理论和数值两方面分析了窄残差神经网络(ResNets)的通用逼近约束。对于未进行输入空间增广的深度神经网络,其核心约束在于无法表示输入-输出映射的临界点。我们证明,这一缺陷会对目标函数逼近产生全局性影响,并表明该缺陷的典型表现是临界点偏移至无穷远处——在分类任务背景下,我们将其称为"隧道效应"。尽管ResNets比标准多层感知机(MLPs)具有更强的表达能力,但其能力很大程度上依赖于跳跃连接与残差通道之间的信号比率。我们为残差主导(接近MLP)和跳跃主导(接近神经常微分方程)两种机制建立了定量逼近界限。这些估计显式依赖于通道比率和网络权重的统一界。通过低维示例,我们进一步详细分析了不同ResNet机制,以及架构与目标不兼容性如何影响逼近误差。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
16+阅读 · 2021年10月11日
专知会员服务
20+阅读 · 2021年5月30日
[ICML-Google]先宽后窄:对深度薄网络的有效训练
专知会员服务
36+阅读 · 2020年7月5日
神经网络的拓扑结构,TOPOLOGY OF DEEP NEURAL NETWORKS
专知会员服务
35+阅读 · 2020年4月15日
用深度学习揭示数据的因果关系
专知
28+阅读 · 2019年5月18日
【优青论文】深度神经网络压缩与加速综述
计算机研究与发展
17+阅读 · 2018年9月20日
手把手教你构建ResNet残差网络
专知
38+阅读 · 2018年4月27日
【干货】Lossless Triplet Loss: 一种高效的Siamese网络损失函数
机器学习研究会
29+阅读 · 2018年2月21日
CNN、RNN在自动特征提取中的应用
乌镇智库
14+阅读 · 2017年8月4日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017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
5+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014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 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:43
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:31
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:11
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017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
5+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014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 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员