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Enregistrement W4408418184 · doi:10.5194/egusphere-2025-846-v1

A novel hybrid fine-tuning method for supercharging deep learning model development for hydrological prediction

2025· preprint· en· W4408418184 sur OpenAlexfundno aff
Mohammad Sina Jahangir, John Quilty, Chaopeng Shen, Andrea Scott, Scott Steinschneider, Jan Adamowski

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrological Forecasting Using AI
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNatural Resources Canada
Mots-clésDeep learningComputer scienceArtificial intelligenceDevelopment (topology)Hybrid learningMachine learningMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. This study proposes a novel hybrid method that substantially accelerates and improves deep learning (DL) model development for streamflow prediction. The method leverages a combination of a long short-term memory (LSTM) network and random forests. A hybrid encoder-decoder model is designed, where a pre-trained LSTM is utilized as an encoder to extract temporal features from the input data. Subsequently, the random forest decoder processes the encoded information to make streamflow predictions. Our method was tested on 421 catchments in the continental United States and 324 in Germany, both selected from two CAMELS datasets. The hybrid method has several benefits. First, it is much more efficient and robust than training LSTMs on each catchment individually (~14x faster). Second, it is much less computationally expensive than LSTM fine-tuning (i.e., feasible on a CPU-based workstation). Third, it achieves superior accuracy compared to a catchment-wise training strategy (e.g., 9.2 % improvement in the median in Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE)), shows competitive performance compared to regional LSTM models when trained with fewer data, and through fine-tuning, improves regional LSTM performance in out-of-training samples by 13.13 % (median NSE). To our knowledge, this is the first decision-tree model integrated within a DL workflow to enhance fine-tuning efficiency of pre-trained models in new locations. This hybrid approach holds significant promise for future applications in hydrological modeling, particularly considering the imminent rise of geospatial foundation models in hydrology that will rely on transfer learning techniques for effective deployment.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,009
Score d'incertitude au seuil0,018

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,001

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 Opus0,061
Tête enseignante GPT0,303
Écart entre enseignants0,242 · 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'étudeSimulation ou modélisation
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

Citations1
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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