Reconstructing dynamical evolution from limited observations is a fundamental challenge in single-cell biology, where dynamic unbalanced optimal transport provides a principled framework for modeling coupled transport and mass variation. However, existing approaches rely on trajectory simulation at inference time, making inference a key bottleneck for scalable applications. In this work, we propose a mean-flow framework for unbalanced flow matching that summarizes both transport and mass-growth dynamics over arbitrary time intervals using mean velocity and mass-growth fields, enabling fast one-step generation without trajectory simulation. To solve dynamic unbalanced optimal transport under the Wasserstein-Fisher-Rao geometry, we further build on this framework to develop Wasserstein-Fisher-Rao Mean Flow Matching (WFR-MFM). Across synthetic and real single-cell RNA sequencing datasets, WFR-MFM achieves orders-of-magnitude faster inference than a range of existing baselines while maintaining high predictive accuracy, and enables efficient perturbation response prediction on large synthetic datasets with thousands of conditions.


翻译:从有限观测中重构动态演化是单细胞生物学中的一个基本挑战,其中动态非平衡最优传输为建模耦合传输与质量变化提供了一个原则性框架。然而,现有方法在推断时依赖于轨迹模拟,使得推断成为可扩展应用的关键瓶颈。本文中,我们提出了一种用于非平衡流匹配的平均流框架,该框架利用平均速度场与质量增长场来概括任意时间间隔内的传输与质量增长动态,从而无需轨迹模拟即可实现快速一步生成。为了在Wasserstein-Fisher-Rao几何下求解动态非平衡最优传输问题,我们基于此框架进一步构建了Wasserstein-Fisher-Rao平均流匹配方法。在合成与真实的单细胞RNA测序数据集上的实验表明,WFR-MFM在保持高预测精度的同时,其推断速度比一系列现有基线方法快数个数量级,并且能够在包含数千种条件的大型合成数据集上实现高效的扰动响应预测。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACMMM2024】用于多媒体推荐的模态平衡学习"
专知会员服务
13+阅读 · 2024年8月14日
【CMU博士论文】最优传输的统计推断
专知会员服务
28+阅读 · 2024年5月29日
「机器学习最优传输」最新进展, 巴黎萨克雷大学编著
专知会员服务
29+阅读 · 2023年6月29日
专知会员服务
47+阅读 · 2021年7月26日
一文搞懂反向传播
机器学习与推荐算法
18+阅读 · 2020年3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
GAFT:一个使用 Python 实现的遗传算法框架
Python开发者
10+阅读 · 2017年8月1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
1+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 · 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
Arxiv
0+阅读 · 2月2日
VIP会员
最新内容
2026“人工智能+”行业发展蓝皮书(附下载)
专知会员服务
6+阅读 · 今天12:11
《强化学习数学基础》
专知会员服务
4+阅读 · 今天12:07
“Maven计划”的发展演变之“Maven智能系统”应用
《无人机革命:来自俄乌战场的启示》(报告)
专知会员服务
8+阅读 · 今天6:48
《实现联合作战能力所需的技术》58页报告
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:30
以色列运用人工智能优化空袭警报系统
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:20
以色列在多条战线部署AI智能体
专知会员服务
5+阅读 · 今天6:12
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
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
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 · 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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员