Neural Ordinary Differential Equations (NODEs) use a neural network to model the instantaneous rate of change in the state of a system. However, despite their apparent suitability for dynamics-governed time-series, NODEs present a few disadvantages. First, they are unable to adapt to incoming data-points, a fundamental requirement for real-time applications imposed by the natural direction of time. Second, time-series are often composed of a sparse set of measurements that could be explained by many possible underlying dynamics. NODEs do not capture this uncertainty. In contrast, Neural Processes (NPs) are a family of models providing uncertainty estimation and fast data-adaptation, but lack an explicit treatment of the flow of time. To address these problems, we introduce Neural ODE Processes (NDPs), a new class of stochastic processes determined by a distribution over Neural ODEs. By maintaining an adaptive data-dependent distribution over the underlying ODE, we show that our model can successfully capture the dynamics of low-dimensional systems from just a few data-points. At the same time, we demonstrate that NDPs scale up to challenging high-dimensional time-series with unknown latent dynamics such as rotating MNIST digits.


翻译:普通神经等同(NODs)使用神经网络来模拟一个系统状态的瞬时变化速度。然而,尽管NODs显然适合动态管理的时间序列,但它们也有一些缺点。首先,它们无法适应输入的数据点,这是自然方向对实时应用施加的一条基本要求。第二,时间序列往往由一套稀少的测量组成,可以由许多潜在动态来解释。NODs并不能够捕捉这种不确定性。相比之下,神经进程(NPS)是一系列模型,提供不确定性估计和快速数据适应,但缺乏对时间流的明确处理。为了解决这些问题,我们引入了神经规则进程(NDPs),这是由自然方向对实时应用所决定的一种新型随机程序。我们通过在基本运行的ODS上保持适应性的数据分布,表明我们的模型能够成功地从几个数据点捕捉到低维系统的动态。与此同时,我们展示了NDPsmoDR的动态向前向高维的高度变化。

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