Deep learning for early warning signals of tipping points
Notice bibliographique
Résumé
Many natural systems exhibit tipping points where slowly changing environmental conditions spark a sudden shift to a new and sometimes very different state. As the tipping point is approached, the dynamics of complex and varied systems simplify down to a limited number of possible "normal forms" that determine qualitative aspects of the new state that lies beyond the tipping point, such as whether it will oscillate or be stable. In several of those forms, indicators like increasing lag-1 autocorrelation and variance provide generic early warning signals (EWS) of the tipping point by detecting how dynamics slow down near the transition. But they do not predict the nature of the new state. Here we develop a deep learning algorithm that provides EWS in systems it was not explicitly trained on, by exploiting information about normal forms and scaling behavior of dynamics near tipping points that are common to many dynamical systems. The algorithm provides EWS in 268 empirical and model time series from ecology, thermoacoustics, climatology, and epidemiology with much greater sensitivity and specificity than generic EWS. It can also predict the normal form that characterizes the oncoming tipping point, thus providing qualitative information on certain aspects of the new state. Such approaches can help humans better prepare for, or avoid, undesirable state transitions. The algorithm also illustrates how a universe of possible models can be mined to recognize naturally occurring tipping points.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».