This work presents a general geometric framework for simulating and learning the dynamics of Hamiltonian systems that are invariant under a Lie group of transformations. This means that a group of symmetries is known to act on the system respecting its dynamics and, as a consequence, Noether's Theorem, conserved quantities are observed. We propose to simulate and learn the mappings of interest through the construction of $G$-invariant Lagrangian submanifolds, which are pivotal objects in symplectic geometry. A notable property of our constructions is that the simulated/learned dynamics also preserves the same conserved quantities as the original system, resulting in a more faithful surrogate of the original dynamics than non-symmetry aware methods, and in a more accurate predictor of non-observed trajectories. Furthermore, our setting is able to simulate/learn not only Hamiltonian flows, but any Lie group-equivariant symplectic transformation. Our designs leverage pivotal techniques and concepts in symplectic geometry and geometric mechanics: reduction theory, Noether's Theorem, Lagrangian submanifolds, momentum mappings, and coisotropic reduction among others. We also present methods to learn Poisson transformations while preserving the underlying geometry and how to endow non-geometric integrators with geometric properties. Thus, this work presents a novel attempt to harness the power of symplectic and Poisson geometry towards simulating and learning problems.


翻译:本文提出了一个通用的几何框架,用于模拟和学习在李群变换下保持不变的哈密顿系统的动力学。这意味着已知一组对称性作用于系统并尊重其动力学,因此根据诺特定理,可以观察到守恒量。我们提出通过构建$G$-不变拉格朗日子流形来模拟和学习感兴趣映射,这些子流形是辛几何中的关键对象。我们构造的一个显著特性是:模拟/学习的动力学也保留了与原系统相同的守恒量,从而比非对称感知方法更忠实地替代原始动力学,并能更准确地预测未观测轨迹。此外,我们的框架不仅能模拟/学习哈密顿流,还能模拟/学习任何李群等变辛变换。我们的设计利用了辛几何和几何力学中的关键技术及概念:约化理论、诺特定理、拉格朗日子流形、动量映射以及余迷向约化等。我们还提出了在保持底层几何结构的同时学习泊松变换的方法,以及如何为非几何积分器赋予几何性质。因此,本文旨在探索利用辛几何与泊松几何的力量来解决模拟与学习问题的新途径。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26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
《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
【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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
47+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
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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
70+阅读 · 2022年6月30日
VIP会员
最新内容
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
1+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
3+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
5+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
7+阅读 · 5月29日
《量化地基防空系统间接效应的博弈论方法》
专知会员服务
5+阅读 · 5月29日
相关VIP内容
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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
47+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
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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员