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关于神经常微分方程的前向不变性

On the Forward Invariance of Neural ODEs

Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);MIT-IBM Watson AI Lab(麻省理工学院-IBM沃森人工智能实验室)

Wei Xiao, Tsun-Hsuan Wang, Ramin Hasani, Mathias Lechner, Yutong Ban, Chuang Gan, Daniela Rus

AI总结:

本文提出利用控制障碍函数和不变集传播,将神经常微分方程的输出规范转化为参数与输入约束,从而在训练和推理中保证输出满足规范,并在物理动力学建模、凸性画像和自动驾驶避障等任务中验证了其泛化性与鲁棒性。

摘要:

我们提出了一种新方法,通过使用不变集传播来确保神经常微分方程(ODEs)满足输出规范。我们的方法使用一类控制障碍函数,将输出规范转化为对学习系统参数和输入的约束。这种设置使我们能够仅通过在训练和推理过程中改变受约束的参数/输入来实现输出规范保证。此外,我们证明了通过数据控制的神经常微分方程进行不变集传播不仅保持了泛化性能,而且通过实现系统参数/输入的因果操纵创造了额外的鲁棒性。我们在一系列表示学习任务上测试了我们的方法,包括建模物理动力学和凸性画像,以及自动驾驶车辆的安全碰撞避免。

英文摘要:

We propose a new method to ensure neural ordinary differential equations (ODEs) satisfy output specifications by using invariance set propagation. Our approach uses a class of control barrier functions to transform output specifications into constraints on the parameters and inputs of the learning system. This setup allows us to achieve output specification guarantees simply by changing the constrained parameters/inputs both during training and inference. Moreover, we demonstrate that our invariance set propagation through data-controlled neural ODEs not only maintains generalization performance but also creates an additional degree of robustness by enabling causal manipulation of the system's parameters/inputs. We test our method on a series of representation learning tasks, including modeling physical dynamics and convexity portraits, as well as safe collision avoidance for autonomous vehicles.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

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