Chaotic systems are intrinsically sensitive to small errors, challenging efforts to construct predictive data-driven models of real-world dynamical systems such as fluid flows or neuronal activity. Prior efforts comprise either specialized models trained on individual time series, or foundation models trained on vast time series databases with little underlying dynamical structure. Motivated by dynamical systems theory, we present Panda, Patched Attention for Nonlinear DynAmics. We train Panda on a novel synthetic, extensible dataset of $2 \times 10^4$ chaotic dynamical systems that we discover using an evolutionary algorithm. Trained purely on simulated data, Panda exhibits emergent properties: zero-shot forecasting of unseen chaotic systems preserving both short-term accuracy and distributional measures, nonlinear resonance patterns in attention heads, and effective prediction of real-world experimental time series. Despite having been trained only on low-dimensional ordinary differential equations, Panda spontaneously develops the ability to predict partial differential equations without retraining. We also demonstrate a neural scaling law for differential equations, underscoring the potential of pre-trained models for probing abstract mathematical domains like nonlinear dynamics.


翻译:混沌系统对小误差具有内在敏感性,这对构建现实世界动力系统(如流体流动或神经元活动)的数据驱动预测模型提出了挑战。先前的研究主要包括针对单个时间序列训练的专业化模型,或在缺乏底层动力结构的大规模时间序列数据库上训练的基础模型。受动力系统理论启发,我们提出Panda(非线性动力学的分块注意力模型)。我们利用进化算法发现了一个包含$2 \times 10^4$个混沌动力系统的新型可扩展合成数据集,并在此基础上训练Panda。该模型仅使用模拟数据训练,却展现出涌现特性:对未见混沌系统进行零样本预测时,能同时保持短期精度和分布度量;注意力头中呈现非线性共振模式;并能有效预测真实世界实验时间序列。尽管仅基于低维常微分方程训练,Panda自发获得了预测偏微分方程的能力而无需重新训练。我们还证明了微分方程的神经缩放定律,这凸显了预训练模型在探索非线性动力学等抽象数学领域的潜力。

0
下载
关闭预览

相关内容

【MIT博士论文】通过神经物理构建世界模型
专知会员服务
35+阅读 · 2025年4月3日
深度预测学习:模型与应用
专知会员服务
49+阅读 · 2022年12月5日
12篇顶会论文,深度学习时间序列预测经典方案汇总!
专知会员服务
55+阅读 · 2022年4月11日
「知识增强预训练语言模型」最新研究综述
专知
18+阅读 · 2022年11月18日
一大批中文(BERT等)预训练模型等你认领!
PaperWeekly
15+阅读 · 2019年6月25日
用机器学习来预测股价(代码+文档)——2018年iNTUtion决赛大作!
量化投资与机器学习
25+阅读 · 2018年11月20日
分别基于SVM和ARIMA模型的股票预测 Python实现 附Github源码
数据挖掘入门与实战
15+阅读 · 2017年9月9日
回归预测&时间序列预测
GBASE数据工程部数据团队
44+阅读 · 2017年5月17日
国家自然科学基金
3+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
0+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
3+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
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
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
人工智能在战场行动中的演进及伊朗案例
专知会员服务
7+阅读 · 4月18日
美AI公司Anthropic推出网络安全模型“Mythos”
专知会员服务
4+阅读 · 4月18日
【博士论文】面向城市环境的可解释计算机视觉
大语言模型的自改进机制:技术综述与未来展望
《第四代军事特种作战部队选拔与评估》
专知会员服务
3+阅读 · 4月18日
相关VIP内容
【MIT博士论文】通过神经物理构建世界模型
专知会员服务
35+阅读 · 2025年4月3日
深度预测学习:模型与应用
专知会员服务
49+阅读 · 2022年12月5日
12篇顶会论文,深度学习时间序列预测经典方案汇总!
专知会员服务
55+阅读 · 2022年4月11日
相关基金
国家自然科学基金
3+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
0+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
3+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
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
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员