Spatial processes observed in various fields, such as climate and environmental science, often occur on a large scale and demonstrate spatial nonstationarity. Fitting a Gaussian process with a nonstationary Mat\'ern covariance is challenging. Previous studies in the literature have tackled this challenge by employing spatial partitioning techniques to estimate the parameters that vary spatially in the covariance function. The selection of partitions is an important consideration, but it is often subjective and lacks a data-driven approach. To address this issue, in this study, we utilize the power of Convolutional Neural Networks (ConvNets) to derive subregions from the nonstationary data. We employ a selection mechanism to identify subregions that exhibit similar behavior to stationary fields. In order to distinguish between stationary and nonstationary random fields, we conducted training on ConvNet using various simulated data. These simulations are generated from Gaussian processes with Mat\'ern covariance models under a wide range of parameter settings, ensuring adequate representation of both stationary and nonstationary spatial data. We assess the performance of the proposed method with synthetic and real datasets at a large scale. The results revealed enhanced accuracy in parameter estimations when relying on ConvNet-based partition compared to traditional user-defined approaches.


翻译:在气候与环境科学等众多领域观测到的空间过程通常呈现大规模特征,且表现出空间非平稳性。采用非平稳Matérn协方差的高斯过程拟合极具挑战性。现有文献通过空间分割技术来估计协方差函数中空间变化的参数。分区选择虽至关重要,却往往依赖主观判断,缺乏数据驱动方法。针对这一问题,本研究利用卷积神经网络(ConvNets)从非平稳数据中推导子区域。我们采用选择机制识别与平稳场具有相似表现的子区域。为区分平稳与非平稳随机场,我们使用多种模拟数据对ConvNet进行训练。这些模拟数据来自不同参数设置下的Matérn协方差模型高斯过程,确保充分覆盖平稳与非平稳空间数据的代表性特征。我们通过大规模合成数据集与真实数据集评估所提方法性能。结果表明,相较传统人为定义的分区方式,基于ConvNet的分区方法在参数估计中展现出更高精度。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 2023年8月9日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
9+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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