Sparse model identification enables nonlinear dynamical system discovery from data. However, the control of false discoveries for sparse model identification is challenging, especially in the low-data and high-noise limit. In this paper, we perform a theoretical study on ensemble sparse model discovery, which shows empirical success in terms of accuracy and robustness to noise. In particular, we analyse the bootstrapping-based sequential thresholding least-squares estimator. We show that this bootstrapping-based ensembling technique can perform a provably correct variable selection procedure with an exponential convergence rate of the error rate. In addition, we show that the ensemble sparse model discovery method can perform computationally efficient uncertainty estimation, compared to expensive Bayesian uncertainty quantification methods via MCMC. We demonstrate the convergence properties and connection to uncertainty quantification in various numerical studies on synthetic sparse linear regression and sparse model discovery. The experiments on sparse linear regression support that the bootstrapping-based sequential thresholding least-squares method has better performance for sparse variable selection compared to LASSO, thresholding least-squares, and bootstrapping-based LASSO. In the sparse model discovery experiment, we show that the bootstrapping-based sequential thresholding least-squares method can provide valid uncertainty quantification, converging to a delta measure centered around the true value with increased sample sizes. Finally, we highlight the improved robustness to hyperparameter selection under shifting noise and sparsity levels of the bootstrapping-based sequential thresholding least-squares method compared to other sparse regression methods.


翻译:稀疏模型识别能够从数据中发现非线性动力学系统。然而,控制稀疏模型识别中的假发现颇具挑战性,尤其是在低数据量和高噪声条件下。本文对集成稀疏模型发现进行了理论研究,该方法在准确性和对噪声的鲁棒性方面已展现出实证成功。具体而言,我们分析了基于自助法的序贯阈值最小二乘估计器,证明这种基于自助法的集成技术能够实现可证明正确的变量选择过程,且错误率呈指数收敛速度。此外,我们指出,与通过MCMC进行昂贵的贝叶斯不确定性量化方法相比,集成稀疏模型发现方法能以计算高效的方式进行不确定性估计。我们通过合成稀疏线性回归和稀疏模型发现的多种数值研究,展示了其收敛性质及与不确定性量化的关联。稀疏线性回归实验表明,与LASSO、序贯阈值最小二乘及基于自助法的LASSO相比,基于自助法的序贯阈值最小二乘方法在稀疏变量选择上具有更优性能。在稀疏模型发现实验中,我们证明基于自助法的序贯阈值最小二乘方法能够提供有效的不确定性量化,随着样本量增加,其收敛到以真值为中心的狄拉克测度。最后,我们强调,与其他稀疏回归方法相比,基于自助法的序贯阈值最小二乘方法在变化的噪声水平和稀疏度条件下对超参数选择具有更强的鲁棒性。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2022新书】机器学习中的统计建模:概念和应用,398页pdf
专知会员服务
142+阅读 · 2022年11月5日
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
254+阅读 · 2020年4月19日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2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
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
【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
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
1+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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年3月21日
Arxiv
0+阅读 · 2023年3月20日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月18日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
1+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
9+阅读 · 6月14日
相关VIP内容
【2022新书】机器学习中的统计建模:概念和应用,398页pdf
专知会员服务
142+阅读 · 2022年11月5日
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
254+阅读 · 2020年4月19日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2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
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
【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
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
1+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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员