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ニューラルネットワークは3層(中間層1)で任意の連続関数を近似できると聞いたことがありますので、中間層のユニット数を無制限にできるなら表現力という意味での差異はないかもしれません。
ただ、ユニット数無制限という仮定は現実的には無意味です。例えば、中間層1層ユニット数10000と、中間層2層ユニット数200(100+100)で表現力が同等だとしたら2層にする価値はありますよね。同じロジックで3層4層と増やすと1層では物理的にムリな表現力を多層なら得られるかもしれません。
また多層にすることで学習結果の解釈が可能になるという側面もあります。Google猫が有名ですが、後の層ほどより抽象的な概念に相当するノードができるということですから、1層だと複数ノードの重み分布に隠れてしまう抽象概念が後層の1ノードに集約されるわけです。これにより知能獲得のプロセスを解き明かすことができるかもしれません。
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