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arXiv 2502.02448cs.LG
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稀疏数据扩散用于生物学和物理学中的科学模拟

Sparse Data Diffusion for Scientific Simulations in Biology and Physics

RPTU University Kaiserslautern-Landau(赖兴大学);Heidelberg University(海德堡大学);University of California, Irvine(加州大学尔湾分校)

Phil Ostheimer, Mayank Nagda, Andriy Balinskyy, Jean Radig, Carl Herrmann, Stephan Mandt, Marius Kloft, Sophie Fellenz

AI总结:

本文提出稀疏数据扩散模型,通过显式建模精确零,实现高效生成与物理严谨性统一,提升科学模拟的准确性。

摘要:

稀疏数据对于生物学和物理学中的科学模拟至关重要,从单细胞基因表达到粒子 calorimetry,精确的零编码物理上的不存在而非弱信号。然而,现有的扩散模型缺乏物理严谨性,无法忠实表示这种稀疏性。本文介绍了稀疏数据扩散(SDD),一种生成方法,通过稀疏位显式建模精确的零,将高效的机器学习生成与物理上扎根的稀疏性处理统一起来。在粒子物理和单细胞生物学中的实证验证表明,SDD在捕捉对科学分析至关重要的稀疏模式方面比基线方法更精确,推动了可扩展且物理上忠实的模拟发展。

英文摘要:

Sparse data is fundamental to scientific simulations in biology and physics, from single-cell gene expression to particle calorimetry, where exact zeros encode physical absence rather than weak signal. However, existing diffusion models lack the physical rigor to faithfully represent this sparsity. This work introduces Sparse Data Diffusion (SDD), a generative method that explicitly models exact zeros via Sparsity Bits, unifying efficient ML generation with physically grounded sparsity handling. Empirical validation in particle physics and single-cell biology demonstrates that SDD achieves higher fidelity than baseline methods in capturing sparse patterns critical for scientific analysis, advancing scalable and physically faithful simulation.

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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