Ordinary differential equations (ODE) have been widely used for modeling dynamical complex systems. For high-dimensional ODE models where the number of differential equations is large, it remains challenging to estimate the ODE parameters and to identify the sparse structure of the ODE models. Most existing methods exploit the least-square based approach and are only applicable to Gaussian observations. However, as discrete data are ubiquitous in applications, it is of practical importance to develop dynamic modeling for non-Gaussian observations. New methods and algorithms are developed for both parameter estimation and sparse structure identification in high-dimensional linear ODE systems. First, the high-dimensional generalized profiling method is proposed as a likelihood-based approach with ODE fidelity and sparsity-inducing regularization, along with efficient computation based on parameter cascading. Second, two versions of the two-step collocation methods are extended to the non-Gaussian set-up by incorporating the iteratively reweighted least squares technique. Simulations show that the profiling procedure has excellent performance in latent process and derivative fitting and ODE parameter estimation, while the two-step collocation approach excels in identifying the sparse structure of the ODE system. The usefulness of the proposed methods is also demonstrated by analyzing three real datasets from Google trends, stock market sectors, and yeast cell cycle studies.


翻译:普通差异方程式(ODE)被广泛用于模拟动态复杂系统。对于差异方程式数量众多的高维ODE模型,对于差异方程式数量庞大的高维ODE模型来说,仍然难以估计ODE参数和确定ODE模型的稀疏结构。大多数现有方法都采用以最小方位为基础的方法,并且只适用于Gaussian观测。然而,由于离散数据在应用中无处不在,因此开发动态模型对于非古西语观测具有实际重要性。为高维线性线性ODE系统中的参数估计和稀疏结构识别开发了新的方法和算法。首先,高维通用特征分析法被提议作为一种基于可能性的方法,采用基于ODE忠诚和宽度教育的正规化方法,同时采用基于参数测深的高效计算方法。第二,两套两步式的合位合位方法被扩展至非古西语系,将迭接重的最小方格技术纳入非古西西语系。模拟显示,剖析程序在隐性过程和衍生性线性线性线码性设计中具有极性性,同时通过谷基系统模拟估算,通过两步方法确定谷底底基底基底基底基底基底基图。

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