×

深入研究光谱推理网络:用于连续光谱表示的自监督学习的改进算法。 (英语) Zbl 1515.68272号

摘要:我们提出了一个自监督学习框架,用于寻找线性算子和自共轭算子的主导特征函数-特征值对。我们用基于坐标的神经网络表示目标特征函数,并使用傅里叶位置编码实现高频模式的近似。我们为谱学习制定了一个自监督训练目标,并提出了一种新的正则化机制,以确保网络找到准确的特征函数,而不是特征函数所跨越的空间。此外,我们研究了作为一种机制的权重归一化的效果,以降低恢复线性相关模式的风险,从而使我们能够准确地恢复大量特征对。我们的方法的有效性通过一系列具有代表性的基准测试得到了证明,这些基准测试包括本地和非本地扩散算子,以及来自视频序列的高维时间序列数据。我们的结果表明,该算法在逼近精度和计算成本方面都优于竞争方法。

理学硕士:

68T05型 人工智能中的学习和自适应系统
35问68 与计算机科学相关的PDE
47A75型 线性算子的特征值问题
94A08型 信息与通信理论中的图像处理(压缩、重建等)
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 哈夫利切克,J.P。;哈丁·D·S。;Bovik,A.C.,多维拟本征函数近似和多分量AM-FM模型,IEEE图像处理汇刊,9,2,227-242(2000)·数字对象标识代码:10.1109/83.821736
[2] Gilboa,G.,《图像处理和计算机视觉中的非线性特征问题》(2018),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 1402.68009号 ·数字对象标识代码:10.1007/978-3-319-75847-3
[3] 沃尔德,S。;Esbensen,K。;Geladi,P.,主成分分析,化学计量学和智能实验室系统,2,1-3,37-52(1987)·doi:10.1016/0169-7439(87)80084-9
[4] Benesty,J.,被动声源定位的自适应特征值分解算法,美国声学学会杂志,107,1,384-391(2000)·数字对象标识代码:10.1121/1.428310
[5] 马尔堡,S。;Dienerowitz,F。;霍斯特,T。;Schneider,S.,《外部声学中的正常模式,第二部分:2D中的特征值和特征向量》,Actustica United with Acustica,92,1,97-111(2006)
[6] Naka,Y。;Oberai,A.A。;Shinn Cunningham,B.G.,使用区间牛顿/广义平分法的具有任意壁阻抗的矩形房间的声学特征值,美国声学学会杂志,118,66362-3671(2005)·数字对象标识代码:10.1121/1.2114607
[7] 汤姆森,W.T.,《振动理论及其应用》(2018),博卡拉顿:CRC出版社,博卡拉顿·doi:10.1201/9780203718841
[8] Gladwell,G.M L.,《振动中的逆问题》(1986年),安大略省:马丁努斯·尼霍夫出版社·Zbl 0646.73013号 ·doi:10.1007/978-94-015-1178-0
[9] Mottershead,J.E。;Ram,Y.M.,《振动吸收中的逆特征值问题:被动修改和主动控制》,机械系统和信号处理,20,1,5-44(2006)·doi:10.1016/j.ymssp.2005.05.006
[10] Daya,D.M。;Potier-Ferry,M.,应用于粘弹性结构振动的非线性特征值问题的数值方法,计算机与结构,79,5,533-541(2001)·doi:10.1016/S0045-7949(00)00151-6
[11] Saad,Y.,《大型特征值问题的数值方法:修订版(2011)》,纽约:霍尔斯特德出版社,纽约·Zbl 1242.65068号 ·doi:10.1137/1.9781611970739
[12] Yukawa,T.,量子力学特征值问题的Lax形式,《物理学快报A》,116,5227-230(1986)·doi:10.1016/0375-9601(86)90138-6
[13] Kövecses,J.等人。;Font-Lagunes,J.M.,可变拓扑机械系统分析的特征值问题,计算与非线性动力学杂志,4,3,031006(2009)·数字对象标识代码:10.1115/1.3124784
[14] 博斯卡因,美国。;Gauthier,J.P。;罗西,F。;Sigalotti,M.,量子力学系统的近似可控性、精确可控性和锥形特征值交点,《数学物理通信》,333,3,1225-1239(2015)·Zbl 1306.81051号 ·doi:10.1007/s00220-014-2195-6
[15] Khmelnytskaya,K.V。;克拉夫琴科,V.V。;Rosu,H.C.,特征值问题,谱参数幂级数和现代应用,应用科学中的数学方法,38,10,1945-1969(2015)·Zbl 1347.34128号 ·doi:10.1002/mma.3213
[16] 伯曼,M.S。;Solomjak,MZ,希尔伯特空间中自伴算子的谱理论(2012),柏林:Springer科学与商业媒体,柏林
[17] 布吕宁,J。;盖勒,V。;Pankrashkin,K.,自伴扩展的光谱及其对可解薛定谔算子的应用,数学物理评论,20,1,1-70(2008)·Zbl 1163.81007号 ·doi:10.1142/S0129055X08003249
[18] Mcmillan,W.L.,液体一维基态he 4,《物理评论》,138,2,A442(1965)·doi:10.1103/PhysRev.138.A442
[19] 渭南,E。;Yu,B.,The deep Ritz method:一种基于深度学习的数值算法,用于求解变分问题,数学与统计通讯,6,1,1-12(2018)·Zbl 1392.35306号 ·数字对象标识代码:10.1007/s40304-018-0127-z
[20] 韩建清。;卢,J.F。;Zhou,M.,《使用深层神经网络解决高维特征值问题:扩散蒙特卡罗类方法》,《计算物理杂志》,432109792(2020)·兹伯利07508411 ·doi:10.1016/j.jcp.2020.109792
[21] PFAU,D.、PETERSEN,S.、AGARWAL,A.、BARRETT,D.G.T.和STACHENFELD,K.L.光谱推理网络:统一深度学习和光谱学习。arXiv预印本,arXiv:1806.02215(2018)doi:10.448550/arXiv.1806.02215
[22] Choo,K。;Mezzacapo,A。;Carleo,G.,《从头算电子结构的费米子神经网络状态》,《自然通信》,第11、1、2368页(2020年)·doi:10.1038/s41467-020-15724-9
[23] BEN-SHAUL,I.、BAR,L.和SOCHEN,N.使用神经网络求解函数特征值问题。arXiv预打印,arXiv:2007.10205(2020)doi:10.48550/arXiv
[24] JIN,H.、MATTHEAKIS,M.和PROTOPAPAS,P.量子特征值问题的物理信息神经网络。2022年国际神经网络联合会议(IJCNN),意大利,1-8(2022)
[25] 莱斯,M。;佩迪卡里斯,P。;Karniadakis,G.E.,《基于物理的神经网络:解决非线性偏微分方程正问题和逆问题的深度学习框架》,《计算物理杂志》,378,686-707(2019)·Zbl 1415.68175号 ·doi:10.1016/j.jcp.2018.10.045
[26] Tancik,M。;斯里尼瓦桑,P。;Mildenhall,B。;弗里多维奇·凯尔(Fridovich-Keil,S.)。;Raghavan,N。;美国Singhal。;拉马穆尔蒂,R。;Barron,J。;Ng,R.,《傅里叶特征让网络学习低维域中的高频函数》,《神经信息处理系统进展》,33,7537-7547(2020)
[27] Edelman,A。;阿里亚斯,T.A。;Smith,S.T.,《正交约束算法的几何》,SIAM矩阵分析与应用杂志,20,2,303-353(1998)·Zbl 0928.6500号 ·doi:10.1137/S089547989529290954
[28] Salimans,T。;Kingma,D.P.,《权重归一化:加速深层神经网络训练的简单重参数化》,《神经信息处理系统进展》,2016,901-909(2016)
[29] Jacot,A。;加布里埃尔,F。;Hongler,C.,《神经切线核:神经网络的收敛和泛化》,神经信息处理系统进展,2018,8580-8589(2018)
[30] Wang,S.F。;Teng,Y.Y。;Perdikaris,P.,《理解和缓解物理信息神经网络中的梯度流病理学》,SIAM科学计算杂志,43,5,3055-3081(2021)·Zbl 1530.68232号 ·数字对象标识代码:10.1137/20M1318043
[31] KINGMA,D.P.和BA,J.Adam:随机优化方法。arXiv预印,arXiv:1412.6980(2014)doi:10.48550/arXiv.1412.6980
[32] Evans,L.C.,偏微分方程(2010),华盛顿特区:美国数学学会,华盛顿特区·Zbl 1194.35001号
[33] Jafarzadeh,S。;拉里奥斯,A。;Bobaru,F.,通过边界自适应谱方法实现非局部扩散问题的有效解决方案,周动力学和非局部建模杂志,285-110(2020)·doi:10.1007/s42102-019-00026-6
[34] 洛佩兹,L。;Pellegrino,S.F.,用谱方法计算非局部模型的特征值,周动力学和非局部建模杂志,1,1-22(2021)
[35] Alali,B。;Albin,N.,非局部模型的傅立叶谱方法,《周动力学和非局部建模杂志》,2317-335(2020)·doi:10.1007/s42102-020-00030-1
[36] 维斯科特,L。;Sejnowski,T.J.,慢特征分析:不变量的无监督学习,神经计算,14,4,715-770(2002)·Zbl 0994.68591号 ·网址:10.1162/089976602317318938
[37] Sprekeler,H.,关于慢特征分析与拉普拉斯特征映射的关系,神经计算,23,12,3287-3302(2011)·Zbl 1237.68163号 ·doi:10.1162/NECO_a_00214
[38] 伯克斯,P。;Wiskott,L.,《慢特征分析产生复杂细胞特性的丰富曲目》,《视觉杂志》,5,6,9-9(2005)·数字对象标识代码:10.1167/5.6.9
[39] BRADBURY,J.、FROSTIG,R.、HAWKINS,P.、JOHNSON,M.J.、LEARY,C.、MACLAURIN,D.、NECULA,G.、PASZKE,A.、VANDERPLAS,J.,WANDERMAN-MILNE,S.和ZHANG,Q.JAX:Python+NumPy程序的可组合转换(2018)
[40] Hunter,J.D.,《Matplotlib:2D图形环境》,IEEE计算历史年鉴,9,3,90-95(2007)
[41] 哈里斯,CR;Millman,K.J。;范德沃特,S.J。;Gommers,R。;Virtanen,P。;库纳波,D。;威瑟,E。;泰勒,J。;Berg,S。;新泽西州史密斯。;科恩,R。;Picus,M。;霍耶,S。;Van Kerkwijk,M.H。;布雷特,M。;霍尔丹,A。;Rio,J.F。;Wiebe,M。;彼得森,P。;Gerard-Marchant,P。;Sheppard,K。;Reddy,T。;Weckesser,W。;阿巴斯,H。;科尔克,C。;Oliphant,T.E.,《使用NumPy进行数组编程》,自然,585,7825,357-362(2020)·doi:10.1038/s41586-020-2649-2
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。