Understanding natural symmetries is key to making sense of our complex and ever-changing world. Recent work has shown that neural networks can learn such symmetries directly from data using Hamiltonian Neural Networks (HNNs). But HNNs struggle when trained on datasets where energy is not conserved. In this paper, we ask whether it is possible to identify and decompose conservative and dissipative dynamics simultaneously. We propose Dissipative Hamiltonian Neural Networks (D-HNNs), which parameterize both a Hamiltonian and a Rayleigh dissipation function. Taken together, they represent an implicit Helmholtz decomposition which can separate dissipative effects such as friction from symmetries such as conservation of energy. We train our model to decompose a damped mass-spring system into its friction and inertial terms and then show that this decomposition can be used to predict dynamics for unseen friction coefficients. Then we apply our model to real world data including a large, noisy ocean current dataset where decomposing the velocity field yields useful scientific insights.


翻译:理解自然的对称性是理解我们复杂和不断变化的世界的关键。 最近的工作表明,神经网络可以直接从使用汉密尔顿神经网络(HNN)的数据中学习这种对称性。 但是,当在没有节能的情况下对数据集进行培训时,HNNS会挣扎。 在本文中,我们询问是否有可能同时识别和分解保守和消散的动态。 我们提议分解汉密尔顿神经网络(D-HNNS), 它将汉密尔顿人和雷利消散功能作为参数。 合并起来, 它们代表着一种隐含的Helmholtz脱腐化作用, 可以分离出诸如与节能等对称性模型的摩擦等分解性效应。 我们训练我们的模型, 将悬浮弥漫的大规模循环系统分解成其摩擦和惯性术语, 然后显示这种分解性可以用来预测不可测的摩擦系数的动态。 然后我们将我们的模型应用到真实的世界数据中, 包括一个大型的、噪音的海洋流数据, 从而解速度领域产生有用的科学洞察。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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