从噪声数据中发现可解释的常微分方程

摘要

数据驱动的可解释模型发现方法在过去十年中备受关注。现有方法通常采用预定义的函数形式或基函数,导致模型缺乏物理意义和可解释性,且难以反映系统真实物理特性。本文提出一种无监督参数估计方法:首先基于齐次线性常系数常微分方程(ODE)的解析解形式假设近似通解,再通过样条变换线性估计ODE的系数。该方法能从噪声数据中生成高保真平滑函数形式,并利用样条近似从函数形式中提取线性独立的梯度信息构建梯度矩阵,进而通过线性系统求解ODE系数。案例研究表明,该方法无需正则化即可高精度发现稀疏ODE,且对噪声数据具有强鲁棒性,适用于真实实验环境下的物理现象数据驱动学习。

关键内容

  1. 方法框架

    • 假设近似通解形式与齐次线性常系数ODE的解析解一致。
    • 通过样条变换将梯度信息转化为线性独立的基向量,构建梯度矩阵。
    • 利用线性系统直接求解ODE系数,避免迭代优化。
  2. 技术优势

    • 抗噪性:样条平滑处理可有效抑制噪声干扰。
    • 稀疏性:自动生成稀疏系数,无需额外正则化。
    • 可解释性:所得ODE具有明确物理意义,符合真实系统动力学。
  3. 实验验证

    • 20页论文包含11幅图表与7个案例,验证方法在复杂噪声环境下的有效性。

应用场景

适用于计算物理、工程系统建模等领域,尤其适合实验数据存在噪声时的动力学规律挖掘。

更多精彩内容 请关注我的个人公众号 公众号(办公AI智能小助手)

公众号二维码

相关推荐
青云交6 小时前
Java 大视界 -- Java 大数据在智能农业温室环境调控与作物生长模型构建中的应用
java·机器学习·传感器技术·数据处理·作物生长模型·智能农业·温室环境调控
浣熊-论文指导6 小时前
聚类与Transformer融合的六大创新方向
论文阅读·深度学习·机器学习·transformer·聚类
B站_计算机毕业设计之家10 小时前
预测算法:股票数据分析预测系统 股票预测 股价预测 Arima预测算法(时间序列预测算法) Flask 框架 大数据(源码)✅
python·算法·机器学习·数据分析·flask·股票·预测
GG向前冲10 小时前
【大数据】Spark MLlib 机器学习流水线搭建
大数据·机器学习·spark-ml
深蓝岛10 小时前
目标检测核心技术突破:六大前沿方向
论文阅读·人工智能·深度学习·计算机网络·机器学习
晚霞apple11 小时前
特征融合与目标检测的六大创新方向
论文阅读·人工智能·深度学习·神经网络·机器学习
Theodore_102211 小时前
神经学习(4)神经网络的向量化实现与TensorFlow训练流程
人工智能·深度学习·机器学习·计算机视觉·线性回归
Godspeed Zhao13 小时前
自动驾驶中的传感器技术70——Navigation(7)
人工智能·机器学习·自动驾驶
明月照山海-13 小时前
机器学习周报十九
人工智能·机器学习
Victory_orsh14 小时前
“自然搞懂”深度学习系列(基于Pytorch架构)——02小试牛刀
人工智能·python·深度学习·神经网络·机器学习