Learning Stochastic Dynamics from Snapshots through Regularized Unbalanced Optimal Transport

动力学(音乐) 随机动力学 计算机科学 统计物理学 计量经济学 数学优化 数学 物理 声学
作者
Zhenyi Zhang,Tiejun Li,Peijie Zhou
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
被引量:2
标识
DOI:10.48550/arxiv.2410.00844
摘要

Reconstructing dynamics using samples from sparsely time-resolved snapshots is an important problem in both natural sciences and machine learning. Here, we introduce a new deep learning approach for solving regularized unbalanced optimal transport (RUOT) and inferring continuous unbalanced stochastic dynamics from observed snapshots. Based on the RUOT form, our method models these dynamics without requiring prior knowledge of growth and death processes or additional information, allowing them to be learnt directly from data. Theoretically, we explore the connections between the RUOT and Schr\"odinger bridge problem and discuss the key challenges and potential solutions. The effectiveness of our method is demonstrated with a synthetic gene regulatory network. Compared with other methods, our approach accurately identifies growth and transition patterns, eliminates false transitions, and constructs the Waddington developmental landscape.
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