Modeling temporal evolution is important to analyzing and reasoning about scientific phenomena, yet most machine learning methods provide deterministic forward predictions that overlook multiple plausible outcomes and rarely support backward reasoning, limiting their usefulness in practical scientific workflows. We present a framework that integrates diffusion-based generative modeling with interactive visual analytics for scientific exploration. We introduce DiffUNet^2, a conditional diffusion model that enables bidirectional, any-to-any generation across time and captures distributions of plausible system evolutions. Built upon the model, our interactive system supports branching timeline exploration, user-guided state editing, and probability-space navigation, enabling scientists to actively explore alternative hypotheses rather than passively observe predictions. We evaluate the model on 5 datasets across different scientific domains to validate its predictive accuracy and probability-space ensemble quality. In collaboration with domain experts, we demonstrate the effectiveness of our approach in supporting practical scientific temporal data analysis workflows. By integrating modeling and visual interaction, our approach enables scientists to interactively explore system dynamics, transforming generative models into tools for hypothesis-driven scientific analysis.


翻译:时间演化建模对于分析和推理科学现象至关重要,然而大多数机器学习方法仅提供确定性前向预测,忽略了多种可能的结果,且很少支持反向推理,这限制了它们在科学工作流程中的实用性。我们提出一个融合基于扩散的生成建模与交互式视觉分析的科学探索框架。我们引入DiffUNet^2,一种条件扩散模型,能够实现跨时间的双向、任意到任意生成,并捕捉系统演化的概率分布。基于该模型,我们的交互式系统支持分支时间线探索、用户引导的状态编辑以及概率空间导航,使科学家能够主动探索替代假设,而非被动观察预测。我们在5个不同科学领域的数据集上评估了该模型,以验证其预测准确性和概率空间集成质量。通过与领域专家协作,我们证明了该方法在支持实际科学时间数据分析工作流程中的有效性。通过整合建模与视觉交互,我们的方法使科学家能够交互式探索系统动力学,将生成模型转化为假设驱动的科学分析工具。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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