We introduce \emph{Dynamical Physics-Modeled Neural Networks} (DynPMNNs), a continuous-time deep learning architecture in which each hidden layer is defined as the solution of an ordinary differential equation. Unlike classical feed-forward networks, this approach replaces static activation functions with time-evolving dynamical systems, providing a biologically inspired interpretation of hidden-layer behavior and enabling the integration of physically meaningful models. The framework is rigorously grounded in Reproducing Kernel Banach Spaces (RKBSs), allowing DynPMNNs to be characterized as finite-dimensional solutions of an abstract training problem and revealing structural connections with standard neural networks. We present a concrete implementation based on the FitzHugh--Nagumo model for neuronal activation, where numerical ODE solvers are embedded into the computational graph via Euler-type schemes. Both network weights and dynamical parameters are trained jointly. Through experiments on the California Housing dataset, we compare DynPMNNs with Neural ODEs (NODEs) and Closed-form Continuous-Time Networks (CfCs). Despite using fewer trainable parameters, DynPMNNs achieve competitive performance. These results position DynPMNNs as a principled bridge between dynamical systems and deep learning, with promising directions for further research in expressivity, stability, and physics-based modeling.


翻译:我们引入了**动态物理建模神经网络**(DynPMNNs),这是一种连续时间深度学习架构,其中每个隐藏层被定义为常微分方程的解。与传统前馈网络不同,该方法用时间演化动力系统替代静态激活函数,为隐藏层行为提供了受生物学启发的解释,并能够整合具有物理意义的模型。该框架严格建立在再生核巴拿赫空间(RKBSs)基础上,使得DynPMNNs可被表征为抽象训练问题的有限维解,并揭示了其与标准神经网络的结构性联系。我们基于FitzHugh–Nagumo神经元激活模型提出了具体实现方案,通过欧拉类型格式将数值ODE求解器嵌入计算图。网络权重与动力学参数被联合训练。通过在加利福尼亚住房数据集上的实验,我们将DynPMNNs与神经常微分方程(NODEs)及闭式连续时间网络(CfCs)进行了比较。尽管使用的可训练参数更少,DynPMNNs仍实现了具有竞争力的性能。这些结果确立了DynPMNNs作为动力系统与深度学习之间原则性桥梁的地位,为后续在可表达性、稳定性及基于物理建模方面的研究指明了方向。

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