Machine-guided discovery of a real-world rogue wave model
Notice bibliographique
Résumé
Big data and large-scale machine learning have had a profound impact on science and engineering, particularly in fields focused on forecasting and prediction. Yet, it is still not clear how we can use the superior pattern-matching abilities of machine learning models for scientific discovery. This is because the goals of machine learning and science are generally not aligned. In addition to being accurate, scientific theories must also be causally consistent with the underlying physical process and allow for human analysis, reasoning, and manipulation to advance the field. In this paper, we present a case study on discovering a symbolic model for oceanic rogue waves from data using causal analysis, deep learning, parsimony-guided model selection, and symbolic regression. We train an artificial neural network on causal features from an extensive dataset of observations from wave buoys, while selecting for predictive performance and causal invariance. We apply symbolic regression to distill this black-box model into a mathematical equation that retains the neural network's predictive capabilities, while allowing for interpretation in the context of existing wave theory. The resulting model reproduces known behavior, generates well-calibrated probabilities, and achieves better predictive scores on unseen data than current theory. This showcases how machine learning can facilitate inductive scientific discovery and paves the way for more accurate rogue wave forecasting.
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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 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| 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 ».