Neural ordinary differential equations (Neural ODEs) is a class of machine learning models that approximate the time derivative of hidden states using a neural network. They are powerful tools for modeling continuous-time dynamical systems, enabling the analysis and prediction of complex temporal behaviors. However, how to improve the model's stability and physical interpretability remains a challenge. This paper introduces new conservation relations in Neural ODEs using Lie symmetries in both the hidden state dynamics and the back propagation dynamics. These conservation laws are then incorporated into the loss function as additional regularization terms, potentially enhancing the physical interpretability and generalizability of the model. To illustrate this method, the paper derives Lie symmetries and conservation laws in a simple Neural ODE designed to monitor charged particles in a sinusoidal electric field. New loss functions are constructed from these conservation relations, demonstrating the applicability symmetry-regularized Neural ODE in typical modeling tasks, such as data-driven discovery of dynamical systems.


翻译:神经常微分方程(Neural ODEs)是一类利用神经网络近似隐藏状态时间导数的机器学习模型。它们是建模连续时间动力系统的强大工具,能够分析和预测复杂的时间行为。然而,如何提高模型的稳定性和物理可解释性仍然是一个挑战。本文利用隐藏状态动力学和反向传播动力学中的李对称性,在神经常微分方程中引入了新的守恒关系。这些守恒定律随后作为额外的正则化项被纳入损失函数,有望增强模型的物理可解释性和泛化能力。为了阐明该方法,本文在一个设计用于监测正弦电场中带电粒子的简单神经常微分方程中推导了李对称性和守恒定律。基于这些守恒关系构建了新的损失函数,展示了对称正则化神经常微分方程在典型建模任务(如数据驱动的动力系统发现)中的适用性。

0
下载
关闭预览

相关内容

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/
牛津大学最新《计算代数拓扑》笔记书,107页pdf
专知会员服务
44+阅读 · 2022年2月17日
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
74+阅读 · 2020年8月2日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
自动结构变分推理,Automatic structured variational inference
专知会员服务
41+阅读 · 2020年2月10日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
【ICML2020】图神经网络谱聚类
专知
10+阅读 · 2020年7月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12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
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
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
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
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
3+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
16+阅读 · 2022年5月17日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20日
A survey on deep hashing for image retrieval
Arxiv
15+阅读 · 2020年6月10日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
106+阅读 · 2019年12月19日
VIP会员
最新内容
乌克兰前线的五项创新
专知会员服务
1+阅读 · 31分钟前
 军事通信系统与设备的技术演进综述
专知会员服务
1+阅读 · 46分钟前
《北约标准:医疗评估手册》174页
专知会员服务
1+阅读 · 54分钟前
《提升生成模型的安全性与保障》博士论文
专知会员服务
0+阅读 · 58分钟前
美国当前高超音速导弹发展概述
专知会员服务
4+阅读 · 4月19日
无人机蜂群建模与仿真方法
专知会员服务
8+阅读 · 4月19日
澳大利亚发布《国防战略(2026年)》
专知会员服务
4+阅读 · 4月19日
全球高超音速武器最新发展趋势
专知会员服务
3+阅读 · 4月19日
相关VIP内容
牛津大学最新《计算代数拓扑》笔记书,107页pdf
专知会员服务
44+阅读 · 2022年2月17日
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
74+阅读 · 2020年8月2日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
自动结构变分推理,Automatic structured variational inference
专知会员服务
41+阅读 · 2020年2月10日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
相关资讯
【ICML2020】图神经网络谱聚类
专知
10+阅读 · 2020年7月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12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
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
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
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
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
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员