Stochastic Petri Nets (SPNs) are an increasingly popular tool of choice for modeling discrete-event dynamics in areas such as epidemiology and systems biology, yet their parameter estimation remains challenging in general and in particular when transition rates depend on external covariates and explicit likelihoods are unavailable. We introduce a neural-surrogate (neural-network-based approximation of the posterior distribution) framework that predicts the coefficients of known covariate-dependent rate functions directly from noisy, partially observed token trajectories. Our model employs a lightweight 1D Convolutional Residual Network trained end-to-end on Gillespie-simulated SPN realizations, learning to invert system dynamics under realistic conditions of event dropout. During inference, Monte Carlo dropout provides calibrated uncertainty bounds together with point estimates. On synthetic SPNs with $10\%$ missing events, our surrogate recovers rate-function coefficients with an $RMSE = 0.043$ and substantially runs faster than traditional Bayesian approaches. These results demonstrate that data-driven, likelihood-free surrogates can enable accurate, robust, and real-time parameter recovery in complex, partially observed discrete-event systems.


翻译:随机Petri网(SPNs)已成为流行病学和系统生物学等领域中建模离散事件动态的日益流行工具,但其参数估计在一般情况下仍具有挑战性,尤其是在转移速率依赖于外部协变量且显式似然函数不可得时。我们提出了一种神经代理(基于神经网络的后验分布近似)框架,可直接从含噪声、部分观测的令牌轨迹中预测已知协变量依赖速率函数的系数。该模型采用轻量级一维卷积残差网络,基于Gillespie模拟的SPN实现进行端到端训练,学习在事件丢失的现实条件下反演系统动态。在推断过程中,蒙特卡洛丢弃法提供经过校准的不确定性边界及点估计。在具有10%缺失事件的合成SPNs上,我们的代理模型以RMSE=0.043恢复速率函数系数,且运行速度显著快于传统贝叶斯方法。这些结果表明,数据驱动的无似然代理能够在复杂、部分观测的离散事件系统中实现精确、鲁棒且实时的参数恢复。

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