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EqOD:基于对称性的偏导数方程识别稳定选择

机器学习 2026-05-13 v1 计算工程、金融与科学

摘要

数据驱动的偏微分方程(PDE)识别依赖于对候选微分算子库进行稀疏回归,库规模过大会在观测噪声下产生大量假阳性,而库规模过小则风险遗漏真实项。我们提出等价算子发现(Equivariant Operator Discovery,EqOD),一种完全自动的方法,结合两种库缩减机制。当通过轨迹数据检测到伽利乃不变性时,EqOD 使用经过对称性缩减的库,消除我们证明在支配方程中不存在的项;否则,它应用由经典假阳性界限引导的随机 LASSO 稳定性选择。残差基准可防止性能低于完整库基准。在 8 个 PDE 以及 4 个噪声水平上,EqOD 在 20% 噪声下的 Heat 方程上达到 F1=1.000±0.000F_1 = 1.000 \pm 0.000,而 WF-LASSO 获取 0.475±0.1810.475 \pm 0.181,官方 PySINDy 2.0 获取 0.0000.000,WSINDy 重实现获取 0.7890.789。在严格准则下,即平均 F1 差异超过两个标准差中较大者的条件下,EqOD 在 32 个单元格中获胜 7 个,WF-LASSO 获胜 0 个,其余 25 个单元格为平局。在所有 32 个单元格中,EqOD 在 23 个单元格中优于 PySINDy 2.0.0,而所有 5 个 PySINDy 的胜利都发生在反应型 PDE 上。外部在 WeakIdent 和 PINN-SR 数据集上的验证在 5 个干净基准上均获得 F1=1.000F_1 = 1.000。报告了 NLS、2D、耦合系统和圆柱唤流等扩展。伽利乃库缩减是在明确的自治性和库假设下进行的。稳定性选择步骤受经典假阳性界限的动机,而对于相关 PDE 设计矩阵的形式化保证仍是开放问题。

引用

@article{arxiv.2605.11524,
  title  = {EqOD: Symmetry-Informed Stability Selection for PDE Identification},
  author = {Gnankan Landry Regis N'guessan and Bum Jun Kim},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2605.11524},
  year   = {2026}
}

备注

45 pages, 16 figures