Many real-world systems can be described by mathematical formulas that are human-comprehensible, easy to analyze and can be helpful in explaining the system's behaviour. Symbolic regression is a method that generates nonlinear models from data in the form of analytic expressions. Historically, symbolic regression has been predominantly realized using genetic programming, a method that iteratively evolves a population of candidate solutions that are sampled by genetic operators crossover and mutation. This gradient-free evolutionary approach suffers from several deficiencies: it does not scale well with the number of variables and samples in the training data, models tend to grow in size and complexity without an adequate accuracy gain, and it is hard to fine-tune the inner model coefficients using just genetic operators. Recently, neural networks have been applied to learn the whole analytic formula, i.e., its structure as well as the coefficients, by means of gradient-based optimization algorithms. We propose a novel neural network-based symbolic regression method that constructs physically plausible models based on limited training data and prior knowledge about the system. The method employs an adaptive weighting scheme to effectively deal with multiple loss function terms and an epoch-wise learning process to reduce the chance of getting stuck in poor local optima. Furthermore, we propose a parameter-free method for choosing the model with the best interpolation and extrapolation performance out of all models generated through the whole learning process. We experimentally evaluate the approach on the TurtleBot 2 mobile robot, the magnetic manipulation system, the equivalent resistance of two resistors in parallel, and the anti-lock braking system. The results clearly show the potential of the method to find sparse and accurate models that comply with the prior knowledge provided.


翻译:许多真实世界的系统可以用数学公式来描述,数学公式是人类可以理解的,易于分析,而且有助于解释系统的行为。符号回归是一种方法,它从分析表达式中的数据中生成非线性模型。历史上,象征性回归主要是利用基因编程实现的。从历史上看,象征性回归主要是利用基因编程实现的。这种方法迭代地形成由基因操作者交叉和突变抽样的候选解决方案群。这种无梯度的进化方法存在若干缺陷:它与培训数据中的变量和样本数量不相称,模型的大小和复杂性往往在没有足够准确性增益的情况下增长,并且很难用仅仅利用基因操作者来微调内部模型系数系数系数。最近,神经网络被应用来学习整个解析公式,即其结构以及系数,通过基于梯度的优化算法,我们提出了一个新的基于神经网络的象征性回归模型,根据有限的培训数据和对系统先前的反知识构建的模型。该方法使用适应性加权加权加权模型来有效地处理内部模型系数系数系数系数系数系数系数系数,我们用多种损失函数选择了整个系统,然后选择了整个系统的方法,然后选择整个周期学习方法。我们用整个系统来显示整个周期学习过程,然后选择整个周期学习过程,然后选择整个周期的方法,然后显示整个周期学习过程。我们选择了整个过程。我们选择了整个系统,然后选择了整个周期方法,然后选择了整个周期学习过程。我们选择了整个方法,然后选择了整个学习的方法,然后选择了整个方法,然后选择了整个方法,然后选择了整个过程。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
78+阅读 · 2020年7月26日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
152+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11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
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011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 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
13+阅读 · 2019年11月14日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
Arxiv
24+阅读 · 2018年10月24日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011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 · 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