In this paper, we propose Lagrangian Gaussian Processes (LGPs) for probabilistic and data-efficient learning of dynamics via discrete forced Euler-Lagrange equations. Importantly, the geometric structure of the Lagrange-d'Alembert principle, which governs the motion of dynamical systems, is preserved by construction in the absence of external forces. This allows learning physically consistent models that overcome erroneous drift in the system's energy, thereby providing stable long-term predictions. At the core of our approach lie linear operators for Gaussian process conditioning, constructed from discrete forced Euler-Lagrange equations and variational discretization schemes. Thereby and unlike prior work, the method enables learning dynamics from discrete position snapshots, i.e., without access to a system's velocities or momenta. This is particularly relevant for a large class of practical scenarios where only position measurements are available, for instance, in motion capture or visual servoing applications. We demonstrate the data-efficiency and generalization capabilities of the LGPs in various synthetic and real-world case studies, including a real-world soft robot with hysteresis. The experimental results underscore that the LGPs learn physically consistent dynamics with uncertainty quantification solely from sparse positional data and enable stable long-term predictions.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

最新《图嵌入组合优化》综述论文,40页pdf
专知会员服务
35+阅读 · 2020年9月7日
【论文】结构GANs,Structured GANs,
专知会员服务
15+阅读 · 2020年1月16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
学习一个宫崎骏画风的图像风格转换GAN
AI科技评论
18+阅读 · 2020年3月13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
论文浅尝 | 用于知识图中链接预测的嵌入方法 SimplE
开放知识图谱
24+阅读 · 2019年4月3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
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16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
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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 6月16日
Arxiv
0+阅读 · 6月4日
VIP会员
最新内容
反制无人机:乌克兰提供的五点启示
专知会员服务
7+阅读 · 9月23日
《各指挥层级均亟需红队能力》报告
专知会员服务
7+阅读 · 9月23日
《航电任务系统框架(FAMOS)》50页报告
专知会员服务
4+阅读 · 9月22日
《对抗行动中的人工智能与自主性》智库报告
专知会员服务
8+阅读 · 9月22日
《从数据到胜利:战争中的分析优势之争》
专知会员服务
10+阅读 · 9月22日
战争不仅需要机器人:人类仍不可或缺
专知会员服务
6+阅读 · 9月21日
《描绘美国防部创新基础设施的未来蓝图》100页
专知会员服务
10+阅读 · 9月21日
相关VIP内容
最新《图嵌入组合优化》综述论文,40页pdf
专知会员服务
35+阅读 · 2020年9月7日
【论文】结构GANs,Structured GANs,
专知会员服务
15+阅读 · 2020年1月16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
相关资讯
学习一个宫崎骏画风的图像风格转换GAN
AI科技评论
18+阅读 · 2020年3月13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
论文浅尝 | 用于知识图中链接预测的嵌入方法 SimplE
开放知识图谱
24+阅读 · 2019年4月3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
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
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
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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员