Hamiltonian Neural Networks (HNNs) integrate physical priors into neural models by learning a system's Hamiltonian, improving generalization and sample efficiency. Identifying the system Hamiltonian from noisy observations of state variables is a challenging task. For simulations to faithfully reflect the long-term behavior of Hamiltonian systems, especially energy conservation, it is essential to use symplectic integrators, which preserve the system's geometric structure. This fidelity comes at a cost: implicit symplectic integrators are more computationally intensive and make backpropagation through the ODE solver non-trivial. However, by leveraging the fact that symplectic discretizations of the adjoint system yield the same sensitivities associated by backpropagation, we obtain an efficient method of training the Neural Network parameters. In our work, we explore this alternate method of HNN training under noisy observation of trajectories with our HNN model based on an implicit symplectic integrator. Computationally, a predictor-corrector based ODE solver and fixed point iteration help to mitigate the computational cost of the implicit timestepping, resulting in more efficient generation of gradient updates. We showcase the numerical advantage, in experiments, in system identification and energy preservation on a range of non-separable, chaotic systems and the efficient computation and memory complexity of our method. We also observe that the post-processing of the learned Hamiltonian using backward error analysis yields a modified Hamiltonian that is a more accurate approximation of the true Hamiltonian without the need to use more accurate discretizations of the flow map.


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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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