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尖峰张量和简单玻璃模型中的复杂能量景观:坚固性、局部极小值的排列和相变

瓦伦蒂娜·罗斯(Valentina Ros)、杰拉尔德·本·阿鲁斯(Gerard Ben Arous)、朱利奥·比罗利(Giulio Biroli)和恰拉·卡马罗塔(Chiara Cammarota)
物理学。修订版X9,011003–2019年1月4日出版

摘要

我们研究粗糙的高维景观,其中对给定配置的偏好越来越强烈。这种能量景观出现在玻璃物理和推理中。我们特别关注随机高斯函数和尖峰传感器模型及其推广。我们彻底分析了相应景观的统计特性,并描述了相关的几何相变。为了进行我们的研究,我们开发了一个基于Kac-Rice方法的框架,该框架允许我们计算景观的复杂性,即典型的驻点数量及其Hessian。该方法推广了用于严格计算平均场玻璃模型退火复杂性的方法。我们讨论了它相对于以前的框架的优点,特别是热力学复制方法,该方法会导致部分错误的预测。

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  • 收到日期:2018年4月24日
  • 2018年10月31日修订

内政部:https://doi.org/10.1103/PhysRevX.9.011003

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美国物理学会出版

物理学科标题(PhySH)

统计物理与热力学

作者和附属机构

瓦伦蒂娜·罗斯

  • 法国巴黎萨克利大学物理研究所,CEA,CNRS,F-91191 Gif-sur-Yvette

杰拉尔德·本·阿鲁斯

  • 美国纽约州纽约市默瑟街251号纽约大学库朗数学科学研究所,邮编:10012

朱利奥·比罗利

  • 巴黎萨克利大学物理研究所,CEA,CNRS,F-91191法国基夫-苏尔-伊维特,PSL研究大学物理统计实验室,法国巴黎诺曼德街24号,邮编75005

奇亚拉·卡马罗塔

  • 伦敦国王学院数学系,斯特兰德,伦敦WC2R 2LS,英国

热门摘要

物理学、生物学或机器学习中许多复杂系统的进化通常可以被认为是优化成本函数的尝试。这种函数通常以高度非线性的方式依赖于大量的变量,这些变量将系统参数化,因此函数的轮廓定义了一个高维的景观,可以是平滑的、凸起的或崎岖的。在许多有趣的情况下,这一景观的结构强烈地决定了动态的结果;然而,对其进行表征是一项非常具有挑战性的任务。在这里,我们从理论上描述了一种在多种环境中出现的能源景观,包括玻璃物理。

我们提供了粗糙景观的几何特性的一般情况,其中随机波动与对给定配置越来越强烈的偏好相竞争。利用数学和统计物理界的技术组合,我们开发了一种通用的方法来计算景观驻点的统计特性,这些驻点可以是局部极小值、局部极大值或鞍点。

我们的分析为系统研究高维景观的特性铺平了道路,如能量函数、成本函数和损失景观——物理和计算机科学中的融合,以及对生态系统和神经网络建模的非保守动态系统的稳定状态进行彻底分类。

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第9卷,第1卷。2019年1月至3月

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