Mathematical models of cognition are often memoryless and ignore potential fluctuations of their parameters. However, human cognition is inherently dynamic. Thus, we propose to augment mechanistic cognitive models with a temporal dimension and estimate the resulting dynamics from a superstatistics perspective. Such a model entails a hierarchy between a low-level observation model and a high-level transition model. The observation model describes the local behavior of a system, and the transition model specifies how the parameters of the observation model evolve over time. To overcome the estimation challenges resulting from the complexity of superstatistical models, we develop and validate a simulation-based deep learning method for Bayesian inference, which can recover both time-varying and time-invariant parameters. We first benchmark our method against two existing frameworks capable of estimating time-varying parameters. We then apply our method to fit a dynamic version of the diffusion decision model to long time series of human response times data. Our results show that the deep learning approach is very efficient in capturing the temporal dynamics of the model. Furthermore, we show that the erroneous assumption of static or homogeneous parameters will hide important temporal information.


翻译:认知的数学模型通常是无记忆的,并忽略其参数可能存在的波动。然而,人类认知本质上是动态的。因此,我们提出从超统计视角,为机械性认知模型赋予时间维度,并估计由此产生的动态过程。此类模型在低层观测模型与高层转移模型之间形成层级结构:观测模型描述系统的局部行为,转移模型则规定观测模型参数随时间演化的方式。为克服超统计模型复杂性所带来的估计难题,我们开发并验证了一种基于仿真的深度学习方法用于贝叶斯推断,该方法能够同时恢复时变参数与时不变参数。我们首先将所提方法与两种现有可估计时变参数的框架进行基准测试,随后将其应用于拟合扩散决策模型的动态版本至人类反应时数据的长时序数据。结果表明,深度学习方法在捕捉模型时间动态方面非常高效。此外,我们证明,假设参数为静态或同质的错误做法将掩盖重要的时间信息。

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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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