Modeling the dynamics of real-world physical systems is critical for spatiotemporal prediction tasks, but challenging when data is limited. The scarcity of real-world data and the difficulty in reproducing the data distribution hinder directly applying meta-learning techniques. Although the knowledge of governing partial differential equations (PDE) of data can be helpful for the fast adaptation to few observations, it is mostly infeasible to exactly find the equation for observations in real-world physical systems. In this work, we propose a framework, physics-aware meta-learning with auxiliary tasks, whose spatial modules incorporate PDE-independent knowledge and temporal modules utilize the generalized features from the spatial modules to be adapted to the limited data, respectively. The framework is inspired by a local conservation law expressed mathematically as a continuity equation and does not require the exact form of governing equation to model the spatiotemporal observations. The proposed method mitigates the need for a large number of real-world tasks for meta-learning by leveraging spatial information in simulated data to meta-initialize the spatial modules. We apply the proposed framework to both synthetic and real-world spatiotemporal prediction tasks and demonstrate its superior performance with limited observations.


翻译:模拟现实世界物理系统的动态对于时空预测任务至关重要,但当数据有限时则具有挑战性。现实世界数据稀缺,数据分配难于再生,这妨碍了直接应用元学习技术。虽然管理数据部分差异方程式(PDE)的知识有助于快速适应少数观测,但大部分无法准确找到在现实世界物理系统中观测的方程式。在这项工作中,我们提出了一个框架,即以辅助任务进行物理认知元学习,其空间模块包含PDE依赖性知识和时间模块,利用空间模块的普遍特征分别适应有限的数据。该框架受一个数学表达为连续性方程式的地方保护法的启发,不需要精确的治理方程式来模拟空间时空观测。拟议方法通过利用模拟数据中的空间信息来使空间模块形成元化,减轻大量实际世界的元学习任务的必要性。我们将拟议框架应用于合成和现实世界空间模块,并展示其高超水平的观测任务。

0
下载
关闭预览

相关内容

让 iOS 8 和 OS X Yosemite 无缝切换的一个新特性。 > Apple products have always been designed to work together beautifully. But now they may really surprise you. With iOS 8 and OS X Yosemite, you’ll be able to do more wonderful things than ever before.

Source: Apple - iOS 8
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
59+阅读 · 2019年10月17日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
Call for Participation: Shared Tasks in NLPCC 2019
中国计算机学会
5+阅读 · 2019年3月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Arxiv
13+阅读 · 2021年7月20日
Neural Module Networks for Reasoning over Text
Arxiv
9+阅读 · 2019年12月10日
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
VIP会员
相关VIP内容
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
59+阅读 · 2019年10月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
Call for Participation: Shared Tasks in NLPCC 2019
中国计算机学会
5+阅读 · 2019年3月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员