Deep Reinforcement Learning for Optimal Experimental Design in Biology
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The field of optimal experimental design uses mathematical techniques to determine experiments that are maximally informative from a given experimental setup. Here we apply a technique from artificial intelligence—reinforcement learning—to the optimal experimental design task of maximizing confidence in estimates of model parameter values. We show that a reinforcement learning approach performs favourably in comparison with a one-step ahead optimisation algorithm and a model predictive controller for the inference of bacterial growth parameters in a simulated chemostat. Further, we demonstrate the ability of reinforcement learning to train over a distribution of parameters, indicating that this approach is robust to parametric uncertainty. 1 Author summary Biological systems are often complex and typically exhibit non-linear behaviour, making accurate model parametrisation difficult. Optimal experimental design tools help address this problem by identifying experiments that are predicted to provide maximally accurate parameter estimates. In this work we use reinforcement learning, an artificial intelligence method, to determine such experiments. Our simulation studies show that this approach allows uncertainty in model parameterisation to be directly incorporated into the search for optimal experiments, opening a practical avenue for training an experimental controller without confident knowledge of the system’s parameter values. We present this method as complementary to existing optimisation approaches and we anticipate that artificial intelligence has a fundamental role to play in the future of optimal experimental design.
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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) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».