We introduce the Weak-form Estimation of Nonlinear Dynamics (WENDy) method for estimating model parameters for non-linear systems of ODEs. The core mathematical idea involves an efficient conversion of the strong form representation of a model to its weak form, and then solving a regression problem to perform parameter inference. The core statistical idea rests on the Errors-In-Variables framework, which necessitates the use of the iteratively reweighted least squares algorithm. Further improvements are obtained by using orthonormal test functions, created from a set of $C^{\infty}$ bump functions of varying support sizes. We demonstrate that WENDy is a highly robust and efficient method for parameter inference in differential equations. Without relying on any numerical differential equation solvers, WENDy computes accurate estimates and is robust to large (biologically relevant) levels of measurement noise. For low dimensional systems with modest amounts of data, WENDy is competitive with conventional forward solver-based nonlinear least squares methods in terms of speed and accuracy. For both higher dimensional systems and stiff systems, WENDy is typically both faster (often by orders of magnitude) and more accurate than forward solver-based approaches. We illustrate the method and its performance in some common population and neuroscience models, including logistic growth, Lotka-Volterra, FitzHugh-Nagumo, Hindmarsh-Rose, and a Protein Transduction Benchmark model. Software and code for reproducing the examples is available at (https://github.com/MathBioCU/WENDy).


翻译:我们引入了非线性动态(WENDy) 的微弱形式估算方法,用于估算非线性数据系统模型参数的模型参数。核心数学理念包括将模型的强型表示转化为弱型,然后解决回归问题,以进行参数推导。核心统计理念依赖于误差 - 内变量框架,这需要使用数据数量不多的迭代再加权最小方方程式。通过使用基于常规前端溶剂和非线性值的自动测试功能,取得了进一步的改进。我们证明,WENDy是一种在差异方程式中以强势和高效的方式转换模型的参数。WENDy在不依赖任何数字差异方程式解析器的情况下,精确地估算了测量噪音的大小。对于数据数量不多的低维特系统来说,WENDy与基于常规前端溶剂的非线性软值的软值,在速度和准确度方面,Outral-liforal-lical-lical-seral-seral-serviews-Sy-sal-democial-lient sy-lium-lium-sal-sal-ral-reval-ral-rview-rview-ral-ral-lixxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx),在速度和以速度和以速度和以速度和以速度和以速度和以速度和</s>

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