利用高效机器学习推断临界点并模拟复杂系统的非平稳动态

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内容提要

通过机器学习辅助的数据驱动方法研究了自适应易感-感染-易感(SIS)流行病学网络的临界点集体动力学。使用深度学习ResNet架构识别出参数依赖的有效随机微分方程(eSDE),并构建了基于eSDE漂移项的近似有效分支图。观察到演化网络的有效SIS动力学中存在亚临界Hopf分支,导致临界点行为。通过重复蛮力模拟和利用数学/计算工具分析识别的SDE的右侧进行稀有事件统计分析。展示了通过流形学习技术获得的数据驱动的粗粒度可观测量也可以识别出这样的集体SDE。该研究工作流程适用于其他具有临界点动力学的复杂系统。

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关键要点

  • 研究了自适应易感-感染-易感(SIS)流行病学网络的临界点集体动力学。
  • 使用深度学习ResNet架构识别出参数依赖的有效随机微分方程(eSDE)。
  • 构建了基于eSDE漂移项的近似有效分支图,并与均场SIS模型的分支图进行对比。
  • 观察到有效SIS动力学中存在亚临界Hopf分支,导致临界点行为和大幅振荡现象。
  • 通过蛮力模拟和数学/计算工具分析识别的SDE的右侧进行稀有事件统计分析。
  • 展示了基于流形学习技术获得的数据驱动的粗粒度可观测量可以识别集体SDE。
  • 研究工作流程适用于其他具有临界点动力学的复杂系统。
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