Discriminative and generative machine learning for spin systems based on physically interpretable features
Notice bibliographique
Résumé
Recently, much effort has been devoted to studying whether machine learning methods are capable of recognizing phase boundaries in spin systems. This is typically done using deep neural networks, trained on system configurations at fixed control parameter values, but without receiving any a priori knowledge of physical features. Opening the ‘black-box algorithms’ and uncovering which features are captured by the neural network is a crucial and oft-overlooked step. Without this additional step, one cannot guarantee that the algorithm's decision on the phase boundaries is based on physically relevant features, or on less relevant characteristics—which would limit its applicability. We use the example of exploring the two-dimensional phase diagram of a non-equilibrium spin system (active Ising model) to highlight the importance of scrutinizing the internal representation of a neural network. By only training networks on a small slice of the phase diagram, we show that some networks capture the relevant physics to complete the remainder of the phase diagram. Other networks fail in doing so—even though they are perfectly capable of reaching their training objective. We demonstrate that by highlighting on which input regions networks base their decision, we can select the relevant networks and show that they can capture physical features such as emergent magnetization patterns [Casert, C., Vieijra, T., Nys, J., & Ryckebusch, J. (2019). Physical Review E, 99(2), 023304]. An additional test of whether deep neural networks can recognize physical characteristics is in its potential to generate additional system configurations. We show that a generative adversarial network (GAN) can create spin configurations that are indistinguishable from the training data [Mills, K., & Tamblyn, I. (2017). arXiv preprint arXiv:1710.08053]. By conditioning the GAN on physical quantities, we show it can accurately learn how to use this information in its generation procedure, and create configurations at a requested value of an observable, e.g. at a fixed energy. Furthermore, we show how we can use GANs to create configurations at system sizes much larger than the training data, allowing for highly efficient sampling of arbitrarily large configurations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».