Dynamical Systems (DS) are fundamental to the modeling and understanding time evolving phenomena, and have application in physics, biology and control. As determining an analytical description of the dynamics is often difficult, data-driven approaches are preferred for identifying and controlling nonlinear DS with multiple equilibrium points. Identification of such DS has been treated largely as a supervised learning problem. Instead, we focus on an unsupervised learning scenario where we know neither the number nor the type of dynamics. We propose a Graph-based spectral clustering method that takes advantage of a velocity-augmented kernel to connect data points belonging to the same dynamics, while preserving the natural temporal evolution. We study the eigenvectors and eigenvalues of the Graph Laplacian and show that they form a set of orthogonal embedding spaces, one for each sub-dynamics. We prove that there always exist a set of 2-dimensional embedding spaces in which the sub-dynamics are linear and n-dimensional embedding spaces where they are quasi-linear. We compare the clustering performance of our algorithm to Kernel K-Means, Spectral Clustering and Gaussian Mixtures and show that, even when these algorithms are provided with the correct number of sub-dynamics, they fail to cluster them correctly. We learn a diffeomorphism from the Laplacian embedding space to the original space and show that the Laplacian embedding leads to good reconstruction accuracy and a faster training time through an exponential decaying loss compared to the state-of-the-art diffeomorphism-based approaches.


翻译:动态系统(DS)是建模和理解时间变化现象的基础,并且可以应用于物理、生物学和控制。由于确定动态的分析描述往往是困难的,因此数据驱动方法更倾向于用多个平衡点来识别和控制非线性 DS 。 此类 DS的识别在很大程度上被视为一个监管的学习问题。 相反, 我们侧重于一个不受监督的学习场景, 我们既不知道动态的数量, 也不了解动态类型。 我们建议一种基于图表的光谱集成方法, 利用速度平流加速的内核将属于同一动态的数据点连接起来, 同时保存自然的时间演变。 我们研究图 Laplacian 的成形和成像值, 显示它们形成一组或成形的嵌入空间嵌入空间, 显示它们从直流到直流的直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流到直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 向、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 和直至、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 直流、 、 直流、 直流、 直至、 直流、 直至、 直至直至直、 直至、 直至、 直至、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直至、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直至、 直、 直、 直、 直、 直、 直、 直、

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
25+阅读 · 2021年4月2日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
161+阅读 · 2020年3月18日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
12+阅读 · 2017年9月24日
国家自然科学基金
1+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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
12+阅读 · 2017年9月24日
相关基金
国家自然科学基金
1+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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员