We derive conditions for the existence of fixed points of neural networks, an important research objective to understand their behavior in modern applications involving autoencoders and loop unrolling techniques, among others. In particular, we focus on networks with nonnegative inputs and nonnegative network parameters, as often considered in the literature. We show that such networks can be recognized as monotonic and (weakly) scalable functions within the framework of nonlinear Perron-Frobenius theory. This fact enables us to derive conditions for the existence of a nonempty fixed point set of the neural networks, and these conditions are weaker than those obtained recently using arguments in convex analysis, which are typically based on the assumption of nonexpansivity of the activation functions. Furthermore, we prove that the shape of the fixed point set of monotonic and weakly scalable neural networks is often an interval, which degenerates to a point for the case of scalable networks. The chief results of this paper are verified in numerical simulations, where we consider an autoencoder-type network that first compresses angular power spectra in massive MIMO systems, and, second, reconstruct the input spectra from the compressed signal.


翻译:我们得出了神经网络固定点存在的条件,这是一个重要的研究目标,目的是了解这些网络在现代应用中的行为,这些应用涉及自动电解器和循环无滚动技术等。特别是,我们注重文献中经常考虑的非负输入和非负网络参数的网络,我们表明,在非线性 Perron-Frobenius 理论的框架内,这些网络可以被承认为单调和(微弱)可伸缩功能。这一事实使我们能够为神经网络非空固定点的存在创造条件,而这些条件比最近利用对等分析中的论点而获得的条件要弱,后者通常是基于对激活功能非爆炸性的假设。此外,我们证明这些网络的固定点的形状往往是一个间隔,它退化到可伸缩网络的点。本文的主要结果在数字模拟中得到验证,我们在这个模拟中,我们认为一个自动电离子型网络,是首先从大规模磁载光谱系统、磁力转换的硬质光谱系统和磁力转换的磁力谱系统。

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