Knowledge about the hidden factors that determine particular system dynamics is crucial for both explaining them and pursuing goal-directed interventions. Inferring these factors from time series data without supervision remains an open challenge. Here, we focus on spatiotemporal processes, including wave propagation and weather dynamics, for which we assume that universal causes (e.g. physics) apply throughout space and time. A recently introduced DIstributed SpatioTemporal graph Artificial Neural network Architecture (DISTANA) is used and enhanced to learn such processes, requiring fewer parameters and achieving significantly more accurate predictions compared to temporal convolutional neural networks and other related approaches. We show that DISTANA, when combined with a retrospective latent state inference principle called active tuning, can reliably derive location-respective hidden causal factors. In a current weather prediction benchmark, DISTANA infers our planet's land-sea mask solely by observing temperature dynamics and, meanwhile, uses the self inferred information to improve its own future temperature predictions.


翻译:关于决定特定系统动态的隐性因素的知识对于解释这些因素和追求目标导向的干预措施至关重要。从时间序列数据中推断这些因素而无需监督,这仍然是一个公开的挑战。在这里,我们侧重于时空过程,包括波波传播和天气动态,为此,我们假定普遍原因(例如物理学)适用于整个时空。最近推出的Distrited Spatio Toporal Photo 人工神经网络架构(DISTANA)被使用并得到加强,以学习这些过程,需要较少的参数,并比时间的日光层神经网络和其他相关方法得到更准确的预测。我们表明,DISTANA如果与被称为积极调动的追溯潜在状态推断原则相结合,可以可靠地得出尊重地点的隐性因素。在目前的天气预测基准中,DISTANA仅仅通过观察温度动态来推断我们星球的陆地-海洋面具,同时利用自推断的信息来改进自己的未来温度预测。

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