Many machine learning approaches for decision making, such as reinforcement learning, rely on simulators or predictive models to forecast the time-evolution of quantities of interest, e.g., the state of an agent or the reward of a policy. Forecasts of such complex phenomena are commonly described by highly nonlinear dynamical systems, making their use in optimization-based decision-making challenging. Koopman operator theory offers a beneficial paradigm for addressing this problem by characterizing forecasts via linear time-invariant (LTI) ODEs -- turning multi-step forecasting into sparse matrix multiplications. Though there exists a variety of learning approaches, they usually lack crucial learning-theoretic guarantees, making the behavior of the obtained models with increasing data and dimensionality unclear. We address the aforementioned by deriving a novel reproducing kernel Hilbert space (RKHS) over trajectories that solely spans transformations into LTI dynamical systems. The resulting Koopman Kernel Regression (KKR) framework enables the use of statistical learning tools from function approximation for novel convergence results and generalization error bounds under weaker assumptions than existing work. Our experiments demonstrate superior forecasting performance compared to Koopman operator and sequential data predictors in RKHS.


翻译:许多用于决策的机器学习方法(如强化学习)依赖模拟器或预测模型来预测感兴趣量的时间演化,例如智能体的状态或策略的奖励。这类复杂现象的预测通常由高度非线性的动力系统描述,这使得它们在基于优化的决策制定中应用困难。Koopman算子理论通过利用线性时不变常微分方程描述预测,将多步预测转化为稀疏矩阵乘法,为解决该问题提供了有利范式。尽管已有多种学习方法,但它们通常缺乏关键的学习理论保证,使得所获模型随数据量和维度的增加行为不明确。针对上述问题,我们通过推导轨迹上的新型再生核希尔伯特空间来解决——该空间仅张成线性时不变动力系统的变换。由此产生的Koopman核回归框架能够利用函数逼近的统计学习工具,在比现有研究更宽松的假设下获得新的收敛结果和泛化误差界。实验表明,与RKHS中的Koopman算子和时序数据预测器相比,本方法具有更优的预测性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+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
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
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
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 · 2023年12月14日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
12+阅读 · 2021年7月26日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Heterogeneous Deep Graph Infomax
Arxiv
12+阅读 · 2019年11月19日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
VIP会员
最新内容
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
3+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
5+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
4+阅读 · 6月23日
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月14日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
12+阅读 · 2021年7月26日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Heterogeneous Deep Graph Infomax
Arxiv
12+阅读 · 2019年11月19日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15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
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
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
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