We use fixed point theory to analyze nonnegative neural networks, which we define as neural networks that map nonnegative vectors to nonnegative vectors. We first show that nonnegative neural networks with nonnegative weights and biases can be recognized as monotonic and (weakly) scalable mappings within the framework of nonlinear Perron-Frobenius theory. This fact enables us to provide conditions for the existence of fixed points of nonnegative neural networks having inputs and outputs of the same dimension, and these conditions are weaker than those recently obtained using arguments in convex analysis. Furthermore, we prove that the shape of the fixed point set of nonnegative neural networks with nonnegative weights and biases is an interval, which under mild conditions degenerates to a point. These results are then used to obtain the existence of fixed points of more general nonnegative neural networks. From a practical perspective, our results contribute to the understanding of the behavior of autoencoders, and we also offer valuable mathematical machinery for future developments in deep equilibrium models.


翻译:我们利用固定点理论分析非负神经网络,即定义将非负向量映射至非负向量的神经网络。首先证明具有非负权重与偏置的非负神经网络,在非线性Perron-Frobenius理论框架下可视为单调且(弱)可伸缩的映射。这一性质使我们能够为输入输出同维度的非负神经网络提供固定点存在的条件,且该条件弱于近期通过凸分析论证所得的结果。进一步地,我们证明具有非负权重与偏置的非负神经网络,其固定点集的几何结构是一个区间,并在温和条件下退化为单点。这些结果随后被用于推导更广义非负神经网络的固定点存在性。从实践角度而言,我们的研究有助于理解自编码器的行为特性,同时也为深度平衡模型的未来发展提供了有价值的数学工具。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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