Enhancing Computational Efficiency in Multiscale Systems Using Deep Learning of Coordinates and Flow Maps

この論文は、座標と流れ場のマップを同時に学習する深層学習手法を用いて、マルチスケールシステムの時間発展を高精度かつ低計算コストで予測する新しい枠組みを提案し、フィッツフュー・ナグモモデルやカオス的なKuramoto-Sivashinsky方程式などの大規模システムにおける有効性を示しています。

Asif Hamid, Danish Rafiq, Shahkar Ahmad Nahvi, Mohammad Abid BazazWed, 11 Ma🤖 cs.LG

Deterministic coherence and anti-coherence resonances in two coupled Lorenz oscillators: numerical study versus experiment

この論文は、2 つの結合されたローレンツ振動子において結合強度を変化させることで、時間実装 x(t)x(t)y(t)y(t) における決定論的コヒーレンス共鳴と、同時に z(t)z(t) におけるアンチコヒーレンス共鳴が観測され、数値シミュレーションと物理実験の両方でその卓越した一致と現象の頑健性が実証されたことを示しています。

Pavel S. Komkov, Ol'ga I. Moskalenko, Vladimir V. Semenov, Sergei V. GrishinWed, 11 Ma🌀 nlin

Jacobian determinant as a deformation field in static billiards

この論文は、非標準的な極座標におけるヤコビアン行列式を解析することで、保存系である静的ビリヤード系において局所的な位相空間の伸縮が生じつつも大域的に面積保存が成り立つという新たな幾何学的枠組みを提示し、不安定な周期軌道や不変多様体との関連性を明らかにしています。

Anne Kétri P. da Fonseca, André L. P. Livorati, Rene O. Medrano-T, Diego F. M. Oliveira, Edson D. LeonelWed, 11 Ma🌀 nlin

The Dynamics of the intermittency maps reveal the existence of resonances phenomena, interesting hybrid states and the orders of the phase transitions in a finite Z(3) spin model in 3D Lattice

3 次元格子における有限サイズの Z(3) スピンモデルのインターミテンシーカオス動力学を用いた数値シミュレーションにより、共鳴現象を伴うヒステリシス領域での二次相転移、平均場と 3 次元イジングモデルのユニバーサリティクラスが混在するハイブリッド状態、およびトリクリティカルな交差を介した弱い一次相転移という複雑な振る舞いが明らかになった。

Yiannis F. ContoyiannisWed, 11 Ma🌀 nlin

Compact Dynamical Mean-Field Theory of Oscillator Networks

この論文は、円周上の位相を持つ結合振動子ネットワークに対して、2π周期性を明示的に保持するコンパクトなダイナミカル・平均場理論(DMFT)を構築し、無秩序の極限でオット・アントンセン縮約や標準的な神経集団方程式を再現するとともに、生物物理学的ニューロンモデルの位相応答曲線(iPRC)に基づく結合を用いることで、単一ニューロンの特性からネットワークレベルの同期閾値を定量的に予測する手法を提示しています。

Kanishka ReddyWed, 11 Ma🧬 q-bio

The statistics and structure of dissipation in subsonic and supersonic turbulence

この論文は、高解像度シミュレーションを用いて、亜音速乱流では渦度支配の局所的な小スケール構造が、超音速乱流では衝撃波と小スケール渦が混在する多スケール構造がそれぞれエネルギー散逸率の統計と構造を支配し、両者で散逸の遅延時間や密度との相関関係が明確に異なることを明らかにしたものである。

Edward Troccoli, Christoph FederrathWed, 11 Ma🔭 astro-ph

Symmetry-driven layered dynamics in the Kuramoto-Sivashinsky equation

この論文は、初期条件と粘性によって選択される複数の不変集合が共存する状態空間の層構造を Kuramoto-Sivashinsky 方程式で見出し、初期エネルギーの増大に伴う周期軌道の逆スケーリング則やカオス的アトラクターとの共存を明らかにし、その背後に連続的な空間並進対称性が関与していることを示唆しています。

Alessandro BaroneWed, 11 Ma🌀 nlin

Characterizing Nonlinear Dynamics via Smooth Prototype Equivalences

この論文は、逆変換可能なニューラルネットワークを用いた「滑らかなプロトタイプ等価性(SPE)」という枠組みを提案し、限定的でノイズの多い観測データから非線形力学系の長期的な振る舞いや不変集合を同定し、振動系の分類や生物学的プロセスの追跡を可能にする手法を開発したことを述べています。

Roy Friedman, Noa Moriel, Matthew Ricci, Guy Pelc, Yair Weiss, Mor NitzanTue, 10 Ma🤖 cs.LG

Leveraging chaotic transients in the training of artificial neural networks

この論文は、学習率を意図的に大きく設定することで勾配降下法が「探索と利用のバランス」を取る過渡的カオス領域に遷移し、初期条件への敏感な依存性(正の最大リアプノフ指数)を示しながらも、MNIST などの多様なタスクやアーキテクチャにおいてテスト精度への収束時間を最小化し、人工ニューラルネットワークの学習を加速できることを示しています。

Pedro Jiménez-González, Miguel C. Soriano, Lucas LacasaTue, 10 Ma🤖 cs.LG

Turning Time Series into Algebraic Equations: Symbolic Machine Learning for Interpretable Modeling of Chaotic Time Series

この論文は、カオス時系列データから明示的かつ解釈可能な代数方程式を学習する「記号ニューラルフォレキャスター(SyNF)」と「記号木フォレキャスター(SyTF)」の 2 つの手法を提案し、これらがブラックボックスモデルと同等の予測精度を維持しつつ、背後にある力学の透明性を提供することを示しています。

Madhurima Panja, Grace Younes, Tanujit ChakrabortyTue, 10 Ma🤖 cs.LG

Covariant Multi-Scale Negative Coupling on Dynamic Riemannian Manifolds: A Geometric Framework for Topological Persistence in Infinite-Dimensional Systems

本論文は、非線形発展方程式における次元縮小を抑制し、無限次元力学系において構造的複雑性とマルチスケール制御を維持するための幾何学的枠組み「共変マルチスケール負結合システム」を提案し、その数学的性質を証明するとともに数値検証を行ったものである。

Pengyue HouTue, 10 Ma🔬 physics

Panda: A pretrained forecast model for chaotic dynamics

進化アルゴリズムで発見された大規模なカオス力学系の合成データで事前学習された「Panda」は、低次元の常微分方程式のみを学習したにもかかわらず、ゼロショットで未知のカオス系や実世界の時間系列、さらには偏微分方程式の予測にも成功し、非線形力学における事前学習モデルの可能性を示しました。

Jeffrey Lai, Anthony Bao, William GilpinThu, 12 Ma🌀 nlin

Dynamics-Informed Deep Learning for Predicting Extreme Events

この論文は、高次元カオス力学系における極端事象の予測精度を向上させるため、支配方程式を必要とせずに最適時間依存(OTD)モードを用いて過渡的不安定性を効率的に捉えた解釈可能な前兆指標を構築し、これをトランスフォーマーモデルに組み込んだデータ駆動型フレームワークを提案するものである。

Eirini Katsidoniotaki, Themistoklis P. SapsisThu, 12 Ma🌀 nlin