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Enregistrement W2234301583

Nonlinear Tools for a Nonlinear World: Applications of Empirical Dynamic Modeling to Marine Ecosystems

2015· article· en· W2234301583 sur OpenAlexaboutno aff
Hao Ye

Notice bibliographique

RevueeScholarship (California Digital Library) · 2015
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueMarine and fisheries research
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésNonlinear systemFlexibility (engineering)EconometricsComputer scienceMathematical modelLinear modelApplied mathematicsEcologyControl theory (sociology)MathematicsArtificial intelligenceControl (management)PhysicsStatisticsMachine learningBiology
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

A fundamental objective in the study of dynamic systems is to understand and predict their behavior. The research presented in this thesis addresses this goal using the general framework of empirical dynamic modeling (EDM). In the classical approach, system behavior is described using fixed mathematical equations, and multiple effects are often treated as linearly separable (i.e. in a reductionist framework). In contrast, EDM applies Takens' Theorem and the method of time delay embeddings to reconstruct system dynamics from time series data. This gives EDM the flexibility to model nonlinear, state-dependent interactions that are otherwise challenging for traditionally linear mathematical models.The first part of this thesis applies EDM towards the study of sockeye salmon populations from the Fraser River in British Columbia, Canada in order to understand the factors that affect recruitment and to produce better models for the annual returns. Whereas classical (linear) fisheries models do not improve when incorporating the environment, I show that Fraser River sockeye salmon actually exhibit nonlinear dynamics, and therefore are not amenable to these methods. Instead, EDM models that can account for nonlinearity show improved forecasts, and moreover, benefit greatly from the incorporation of state-dependent environmental effects. In addition, I demonstrate that the abrupt changes in the salmon populations, correlated with North Pacific climate indices can be explained as state-dependent nonlinear behavior. Whereas classical fisheries models or linear correlations would suggest sudden shifts in behavior associated with climate regimes, an appropriate nonlinear lens indicates that environmental effects are state-dependent, and that aggregation of data at the regional level produces the apparent linear patterns.The second part of this thesis involves the development of new methods in the EDM framework to distill data (i.e. time series) into information (i.e. inferences and conclusions). I show that a lagged form of convergent cross mapping (CCM), a method to infer causation in time series, can greatly enhance its capabilities, by quantifying the time delay associated with causation. This new method can be used to distinguish between direct and indirect, transitive, effects as well as produce more reliable estimates of interaction strength. I also develop Multiview Embedding (MVE) to address the issues of noise and short time series length in high-dimensional complex systems. By using a multimodel approach that leverages the ``equation-free'' framework of EDM, MVE combines multiple reconstructions of system behavior, producing more accurate and precise forecasts, and demonstrating that complexity can be an asset, because of how information about the system dynamics is duplicated across interacting variables.Finally, these methods are included in a software package for EDM, developed for the R statistical language. A user guide for this software package, including installation instructions and examples, is included as an appendix.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,009
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,006
Score d'incertitude au seuil0,012

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,009
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,002
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,003
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,038
Tête enseignante GPT0,286
Écart entre enseignants0,248 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations4
Publié2015
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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