Deep learning has been widely successful in practice and most state-of-the-art machine learning methods are based on neural networks. Lacking, however, is a rigorous mathematical theory that adequately explains the amazing performance of deep neural networks. In this article, we present a relatively new mathematical framework that provides the beginning of a deeper understanding of deep learning. This framework precisely characterizes the functional properties of neural networks that are trained to fit to data. The key mathematical tools which support this framework include transform-domain sparse regularization, the Radon transform of computed tomography, and approximation theory, which are all techniques deeply rooted in signal processing. This framework explains the effect of weight decay regularization in neural network training, the use of skip connections and low-rank weight matrices in network architectures, the role of sparsity in neural networks, and explains why neural networks can perform well in high-dimensional problems.


翻译:深层学习在实践中取得了广泛成功,大多数最先进的机器学习方法都以神经网络为基础。然而,缺少一种严格的数学理论,充分解释深层神经网络的惊人性能。在本篇文章中,我们提出了一个相对新的数学框架,为深入了解深层学习提供了开端。这个框架准确地描述了经过培训适合数据的神经网络的功能性能。支持这一框架的关键数学工具包括变换-数据稀疏的正规化、计算成像学的拉登转换和近似理论,这些都是在信号处理中深深扎根的技术。这个框架解释了神经网络培训中重质衰减正规化、网络结构中跳线连接和低位重量矩阵的使用、神经网络中复变的作用,并解释了神经网络在高维度问题中能够发挥良好作用的原因。

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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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