There are many physical processes that have inherent discontinuities in their mathematical formulations. This paper is motivated by the specific case of collisions between two rigid or deformable bodies and the intrinsic nature of that discontinuity. The impulse response to a collision is discontinuous with the lack of any response when no collision occurs, which causes difficulties for numerical approaches that require differentiability which are typical in machine learning, inverse problems, and control. We theoretically and numerically demonstrate that the derivative of the collision time with respect to the parameters becomes infinite as one approaches the barrier separating colliding from not colliding, and use lifting to complexify the solution space so that solutions on the other side of the barrier are directly attainable as precise values. Subsequently, we mollify the barrier posed by the unbounded derivatives, so that one can tunnel back and forth in a smooth and reliable fashion facilitating the use of standard numerical approaches. Moreover, we illustrate that standard approaches fail in numerous ways mostly due to a lack of understanding of the mathematical nature of the problem (e.g. typical backpropagation utilizes many rules of differentiation, but ignores L'Hopital's rule).


翻译:许多物理过程在数学表述中固有地存在不连续性。本文的动机源于两个刚体或可变形体碰撞这一具体情形及其不连续性的内在本质。碰撞的脉冲响应具有不连续性——当无碰撞发生时响应完全缺失,这给机器学习、反问题与控制等需要可微性的数值方法带来了困难。我们从理论及数值上证明,当参数趋近于分离碰撞与非碰撞的势垒时,碰撞时间对参数的导数趋于无穷大,进而通过提升(lifting)将解空间复化,使得势垒另一侧的解可直接作为精确值获得。随后,我们对由无界导数构成的势垒进行光滑化处理(mollify),使得人们能够以平滑可靠的方式来回穿越势垒,从而便于使用标准数值方法。此外,我们指出标准方法在多个方面失败的根本原因在于对该问题数学本质的理解不足(例如,典型反向传播虽运用了众多微分法则,却忽略了洛必达法则)。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
8+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
8+阅读 · 8月10日
《边缘计算关键技术分析及美军作战实践应用》
边缘计算的军事应用
专知会员服务
11+阅读 · 8月9日
一种考虑资源机动性的武器目标分配混合算法
专知会员服务
12+阅读 · 8月8日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员