Deep neural networks (DNNs) and Kolmogorov-Arnold networks (KANs) are flexible function approximators, but their accuracy can require substantial network depth, width, and trainable parameter counts. Beyond making the resulting networks less transparent, large parameter spaces can increase training cost and produce solutions that are sensitive to optimization and parameter initialization, leading to variability in generalization error. For these reasons, we propose Shallow Universal Polynomial Networks (SUPNs), which retain a single hidden layer while increasing the expressivity of each unit through a learnable multivariate polynomial inside each activation, which we refer to as a polynomial pre-activation. This construction trades architectural depth and width for greater expressivity within each hidden unit, reducing parameter counts and training cost while preserving a shallow computational graph. We establish two complementary universal approximation results: SUPNs are universal by increasing network width at fixed polynomial complexity, as in classical shallow-network approximation, and by increasing polynomial complexity at fixed finite width. We further prove that finite SUPNs can approach the best approximation attainable in a prescribed polynomial space to arbitrary relative tolerance, derive explicit quasi-optimal parameters, and establish corresponding convergence rates. We empirically evaluate SUPNs against DNNs, KANs, and polynomial projection on smooth, nonsmooth, and discontinuous function-approximation problems in one, two, and ten dimensions using more than 16,000 trained models. Across the target functions studied, SUPNs frequently achieve lower approximation error and variability than DNNs and KANs at comparable parameter counts while retaining lower training cost, supporting their use as efficient function approximators when the target structure is not known a priori.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
【普林斯顿博士论文】构建高效深度神经网络,195页pdf
专知会员服务
71+阅读 · 2023年2月8日
【清华大学】图随机神经网络,Graph Random Neural Networks
专知会员服务
156+阅读 · 2020年5月26日
CVPR2019教程《胶囊网络(Capsule Networks)综述》,附93页PPT
GAN生成式对抗网络
29+阅读 · 2019年6月21日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
H-Nets:让CNN的旋转等变性更加稳定
论智
12+阅读 · 2018年4月18日
Github 项目推荐 | 用 Pytorch 实现的 Capsule Network
AI研习社
22+阅读 · 2018年3月7日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
国家自然科学基金
6+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
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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
Arxiv
19+阅读 · 2022年10月6日
VIP会员
最新内容
俄罗斯如何拦截乌克兰无人机与巡航导弹
专知会员服务
8+阅读 · 10月15日
《武器-目标分配问题:精确与近似求解算法》
专知会员服务
11+阅读 · 10月15日
综述|谁来改进机器人?迈向物理递归自我改进
专知会员服务
10+阅读 · 10月14日
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
10+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
14+阅读 · 10月13日
相关VIP内容
【普林斯顿博士论文】构建高效深度神经网络,195页pdf
专知会员服务
71+阅读 · 2023年2月8日
【清华大学】图随机神经网络,Graph Random Neural Networks
专知会员服务
156+阅读 · 2020年5月26日
相关基金
国家自然科学基金
6+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
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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员