We consider the problem of filtering dynamical systems, possibly stochastic, using observations of statistics. Thus the computational task is to estimate a time-evolving density $\rho(v, t)$ given noisy observations of the true density $\rho^\dagger$; this contrasts with the standard filtering problem based on observations of the state $v$. The task is naturally formulated as an infinite-dimensional filtering problem in the space of densities $\rho$. However, for the purposes of tractability, we seek algorithms in state space; specifically we introduce a mean field state space model and, using interacting particle system approximations to this model, we propose an ensemble method. We refer to the resulting methodology as the ensemble Fokker-Planck filter (EnFPF). Under certain restrictive assumptions we show that the EnFPF approximates the Kalman-Bucy filter for the Fokker-Planck equation, which is the exact solution of the infinite-dimensional filtering problem; our numerical experiments show that the methodology is useful beyond this restrictive setting. Specifically the experiments show that the EnFPF is able to correct ensemble statistics, to accelerate convergence to the invariant density for autonomous systems, and to accelerate convergence to time-dependent invariant densities for non-autonomous systems. We discuss possible applications of the EnFPF to climate ensembles and to turbulence modelling.


翻译:我们考虑利用统计观测对动力系统(可能为随机系统)进行滤波的问题。因此,计算任务是在获得真实密度$\rho^\dagger$的含噪观测的前提下,估计随时间演化的密度$\rho(v, t)$;这与基于状态$v$观测的标准滤波问题形成对比。该问题自然可表述为密度空间$\rho$上的无穷维滤波问题。然而,为追求可计算性,我们寻求状态空间中的算法:具体而言,我们引入均值场状态空间模型,并利用该模型的相互作用粒子系统逼近,提出一种集合方法。我们将所得方法称为集合Fokker-Planck滤波器(EnFPF)。在特定限制性假设下,我们证明EnFPF可逼近Fokker-Planck方程的Kalman-Bucy滤波器,而后者正是无穷维滤波问题的精确解;数值实验表明,该方法在更广泛的非限制性设定中仍具实用性。具体实验结果显示,EnFPF能够校正集合统计量、加速自治系统向不变密度的收敛,并加速非自治系统向时变不变密度的收敛。我们讨论了EnFPF在气候集合及湍流建模中的潜在应用。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
3+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
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月25日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
Arxiv
10+阅读 · 2018年4月19日
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
7+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
3+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
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员