We present a method called Manifold Interpolating Optimal-Transport Flow (MIOFlow) that learns stochastic, continuous population dynamics from static snapshot samples taken at sporadic timepoints. MIOFlow combines dynamic models, manifold learning, and optimal transport by training neural ordinary differential equations (Neural ODE) to interpolate between static population snapshots as penalized by optimal transport with manifold ground distance. Further, we ensure that the flow follows the geometry by operating in the latent space of an autoencoder that we call a geodesic autoencoder (GAE). In GAE the latent space distance between points is regularized to match a novel multiscale geodesic distance on the data manifold that we define. We show that this method is superior to normalizing flows, Schr\"odinger bridges and other generative models that are designed to flow from noise to data in terms of interpolating between populations. Theoretically, we link these trajectories with dynamic optimal transport. We evaluate our method on simulated data with bifurcations and merges, as well as scRNA-seq data from embryoid body differentiation, and acute myeloid leukemia treatment.


翻译:我们提出了一种名为“Manicide Indigate Optimal-Trans-Travel”(MIOFlow)的方法,该方法从零星时间点采集的静态快照样本中学习随机、连续的人口动态。MIOFlow将动态模型、多元学习和最佳运输相结合,培训神经普通差异方程式(Neal CODE),在静态人口速记(受最佳运输和多地面距离的制约)之间进行内插。此外,我们确保该流动通过在我们称之为大地学自动电解仪(GAE)的隐蔽空间中操作而遵循几何方法。在GAE中,各点之间的潜在空间间隔被固定化,以匹配我们定义的数据元中的新颖的多尺度大地距离。我们表明,这种方法优于正常流动、Schr\'odinger桥和其他从噪音流到人口间间相互干扰的数据的基因模型。理论上,我们将这些轨迹与动态最佳运输联系起来。我们评估了我们关于模拟数据的方法,与双形和合并,以及从我胚骨质分解和精度分析中的数据。

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