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摘要:
In this paper,we investigate the relationship between deep neural networks (DNN) with rectified linear unit (ReLU) function as the activation function and continuous piecewise linear (CPWL) functions,especially CPWL functions from the simplicial linear finite element method (FEM).We first consider the special case of FEM.By exploring the DNN representation of its nodal basis functions,we present a ReLU DNN representation of CPWL in FEM.We theoretically establish that at least 2 hidden layers are needed in a ReLU DNN to represent any linear finite element functions in Ω (∈) Rd when d ≥ 2.Consequently,for d =2,3 which are often encountered in scientific and engineering computing,the minimal number of two hidden layers are necessary and sufficient for any CPWL function to be represented by a ReLU DNN.Then we include a detailed account on how a general CPWL in Rd can be represented by a ReLU DNN with at most 「log2(d+ 1)] hidden layers and we also give an estimation of the number of neurons in DNN that are needed in such a representation.Furthermore,using the relationship between DNN and FEM,we theoretically argue that a special class of DNN models with low bit-width are still expected to have an adequate representation power in applications.Finally,as a proof of concept,we present some numerical results for using ReLU DNNs to solve a two point boundary problem to demonstrate the potential of applying DNN for numerical solution of partial differential equations.
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文献信息
篇名 RELU DEEP NEURAL NETWORKS AND LINEAR FINITE ELEMENTS
来源期刊 计算数学(英文版) 学科
关键词 Finite element method Deep neural network Piecewise linear function
年,卷(期) 2020,(3) 所属期刊栏目
研究方向 页码范围 502-527
页数 26页 分类号
字数 语种 英文
DOI 10.4208/jcm.1901-m2018-0160
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研究主题发展历程
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Finite element method
Deep neural network
Piecewise linear function
研究起点
研究来源
研究分支
研究去脉
引文网络交叉学科
相关学者/机构
期刊影响力
计算数学(英文版)
双月刊
0254-9409
11-2126/01
16开
北京2719信箱
1983
eng
出版文献量(篇)
1176
总下载数(次)
0
总被引数(次)
4833
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