Short-horizon accuracy does not ensure that a learned chaotic system has correct long-time dynamics. Trajectory (zeroth-order) matching constrains vector-field values, and Jacobian (first-order) matching constrains local tangent dynamics, but neither determines how the Jacobian varies away from supervised states, so a model can be locally accurate while drifting toward spurious attractors and distorting long-time statistics. We show that second-order supervision mitigates these failures. Because forming full Hessian tensors is computationally prohibitive in high dimensions, we propose model-constrained randomized Jacobian matching, which compares the Jacobians of the true and learned vector fields at randomly perturbed inputs. A Taylor expansion shows that the expected randomized Jacobian loss decomposes into the Jacobian mismatch plus a Hessian mismatch scaled by the noise variance, implicitly enforcing second-order consistency at $O(d^2)$ memory cost without forming the $O(d^3)$ Hessian tensor. In Lorenz 63 with minimal temporal supervision, second-order supervision reduces invariant-measure error and Lyapunov-spectrum MSE, and recovers the constant Hessian norm of the true bilinear field. Across five training seeds, explicit Hessian matching produces catastrophic Lyapunov outliers for four of five seeds, whereas randomized Jacobian matching produces none among 5,000 on-attractor rollouts, and it attains the largest threshold in a directional capture scan. In coupled Lorenz 96, first-order methods enter spurious high-amplitude regimes as forcing increases, while second-order methods retain accurate marginals. Randomized Jacobian matching costs about the same as explicit Hessian matching on Lorenz 63 and 40% less on Lorenz 96, with no reference Hessian evaluations during training.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

IEEE Proc.|基于知识图谱的少样本和零样本学习综述
专知会员服务
49+阅读 · 2024年2月2日
【MIT】反偏差对比学习,Debiased Contrastive Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年7月4日
【斯坦福大学】Gradient Surgery for Multi-Task Learning
专知会员服务
47+阅读 · 2020年1月23日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
近期语音类前沿论文
深度学习每日摘要
14+阅读 · 2019年3月17日
从信息瓶颈理论一瞥机器学习的“大一统理论”
论文浅尝 | 用可微的逻辑规则学习完成知识库推理
开放知识图谱
14+阅读 · 2018年7月5日
Reinforcement Learning: An Introduction 2018第二版 500页
CreateAMind
14+阅读 · 2018年4月27日
第二章 机器学习中的数学基础
Datartisan数据工匠
12+阅读 · 2018年4月5日
干货|从LSTM到Seq2Seq
全球人工智能
15+阅读 · 2018年1月9日
国家自然科学基金
348+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
7+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+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
18+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2012年12月31日
VIP会员
最新内容
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
迈向更智慧的军事情报
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《美国陆军2026年野战手册 2-0 情报》
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《基于启发式算法求解武器-目标分配问题》
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美陆军最新条令出版物 2-0 情报》
专知会员服务
8+阅读 · 10月10日
电子战测试与训练靶场:战前验证战备状态
专知会员服务
3+阅读 · 10月10日
《美国陆军如何作战》46页最新报告
专知会员服务
9+阅读 · 10月10日
相关VIP内容
IEEE Proc.|基于知识图谱的少样本和零样本学习综述
专知会员服务
49+阅读 · 2024年2月2日
【MIT】反偏差对比学习,Debiased Contrastive Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年7月4日
【斯坦福大学】Gradient Surgery for Multi-Task Learning
专知会员服务
47+阅读 · 2020年1月23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
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
近期语音类前沿论文
深度学习每日摘要
14+阅读 · 2019年3月17日
从信息瓶颈理论一瞥机器学习的“大一统理论”
论文浅尝 | 用可微的逻辑规则学习完成知识库推理
开放知识图谱
14+阅读 · 2018年7月5日
Reinforcement Learning: An Introduction 2018第二版 500页
CreateAMind
14+阅读 · 2018年4月27日
第二章 机器学习中的数学基础
Datartisan数据工匠
12+阅读 · 2018年4月5日
干货|从LSTM到Seq2Seq
全球人工智能
15+阅读 · 2018年1月9日
相关基金
国家自然科学基金
348+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
7+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+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
18+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员