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Enregistrement W3015014030 · doi:10.5194/hess-25-1103-2021

Technical note: “Bit by bit”: a practical and general approach for evaluating model computational complexity vs. model performance

2021· article· en· W3015014030 sur OpenAlexaff
Elnaz Azmi, Uwe Ehret, Steven Weijs, Benjamin L. Ruddell, Rui A. P. Perdigão

Notice bibliographique

RevueHydrology and earth system sciences · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineDecision Sciences
ThématiqueScientific Computing and Data Management
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesFundação para a Ciência e a TecnologiaDeutsche ForschungsgemeinschaftKarlsruhe Institute of TechnologyNorthern Arizona University
Mots-clésComputer scienceComputational complexity theoryComputational modelComputational resourceContext (archaeology)GeneralityInferenceProcess (computing)Artificial intelligenceMachine learningTheoretical computer scienceAlgorithmComputer engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

One of the main objectives of the scientific enterprise is the development of well-performing yet parsimonious models for all natural phenomena and systems. In the 21st century, scientists usually represent their models, hypotheses, and experimental observations using digital computers. Measuring performance and parsimony of computer models is therefore a key theoretical and practical challenge for 21st century science. “Performance” here refers to a model's ability to reduce predictive uncertainty about an object of interest. “Parsimony” (or complexity) comprises two aspects: descriptive complexity – the size of the model itself which can be measured by the disk space it occupies – and computational complexity – the model's effort to provide output. Descriptive complexity is related to inference quality and generality; computational complexity is often a practical and economic concern for limited computing resources. In this context, this paper has two distinct but related goals. The first is to propose a practical method of measuring computational complexity by utility software “Strace”, which counts the total number of memory visits while running a model on a computer. The second goal is to propose the “bit by bit” method, which combines measuring computational complexity by “Strace” and measuring model performance by information loss relative to observations, both in bit. For demonstration, we apply the “bit by bit” method to watershed models representing a wide diversity of modelling strategies (artificial neural network, auto-regressive, process-based, and others). We demonstrate that computational complexity as measured by “Strace” is sensitive to all aspects of a model, such as the size of the model itself, the input data it reads, its numerical scheme, and time stepping. We further demonstrate that for each model, the bit counts for computational complexity exceed those for performance by several orders of magnitude and that the differences among the models for both computational complexity and performance can be explained by their setup and are in accordance with expectations. We conclude that measuring computational complexity by “Strace” is practical, and it is also general in the sense that it can be applied to any model that can be run on a digital computer. We further conclude that the “bit by bit” approach is general in the sense that it measures two key aspects of a model in the single unit of bit. We suggest that it can be enhanced by additionally measuring a model's descriptive complexity – also in bit.

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)0,024
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,181
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Sans objet · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,024
Score d'incertitude au seuil0,127

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0240,181
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0030,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,002
Bibliométrie0,0040,007
Études des sciences et des technologies0,0020,008
Communication savante0,0060,017
Science ouverte0,0050,009
Intégrité de la recherche0,0040,008
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0120,003

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 Opus0,295
Tête enseignante GPT0,434
Écart entre enseignants0,139 · 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'étudeSans objet
Domainenon disponible
GenreMéthodes

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

En bref

Citations14
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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