Reconstructing and predicting stochastic dynamical systems using probabilistic deep learning

计算机科学 稳健性(进化) 概率逻辑 嵌入 人工智能 深度学习 机器学习 不确定度量化 时间序列 过程(计算) 动力系统理论 数据挖掘 算法 基因 量子力学 生物化学 物理 化学 操作系统
作者
Yuan Lin,Zhen Jin
出处
期刊:Chaos [American Institute of Physics]
卷期号:35 (5)
标识
DOI:10.1063/5.0248312
摘要

Stochastic effects introduce significant uncertainty into dynamical systems, making the data-driven reconstruction and prediction of these systems highly complex. This study incorporates uncertainty learning into a deep learning model for time-series prediction, proposing a deep stochastic time-delay embedding model to improve prediction accuracy and robustness. First, this model constructs a deep probabilistic catcher to capture uncertainty information in the reconstructed mappings. These uncertainty representations are then integrated as meta-information into the reconstruction process of time-delay embedding, enabling it to fully capture system stochasticity and predict target variables over multiple time steps. Finally, the model is validated on both the Lorenz system and real-world datasets, demonstrating superior performance compared to existing methods, with robust results under noisy conditions.

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