Complex-valued neural networks for spectral induced polarization applications
Notice bibliographique
Résumé
SUMMARY Spectral induced polarization (SIP) aims to characterize geological materials by measuring the dispersion of their complex conductivity in the frequency domain. Despite the complex-valued nature of SIP data, most machine learning models used for its analysis rely on real-valued representations that discard phase information and may limit performance. This study investigates the benefits of complex-valued neural networks (CVNN) for SIP applications by comparing their performance against real-valued neural networks (RVNN) across three tasks: mineral classification, Cole–Cole parameter estimation, and mechanistic modelling of ionic and electric potential perturbations around polarizable minerals. To ensure fair comparisons and emphasize the effect of complex-valued representations, we design CVNN and RVNN models with matched capacity, aspect ratio and training duration. Our numerical experiments show that CVNNs consistently outperform RVNNs in the classification task, achieving lower validation loss and up to 5 per cent higher classification metrics ($p\text{-value}= 2.9\times 10^{-7}$). We test the Cole–Cole inversion networks on laboratory SIP measurements and validate the parameter estimation accuracy using synthetic data. Test results indicate that CVNNs produce curve fits that are $\approx 4\, \%$ more accurate for the imaginary part of resistivity ($p\text{-value}= 3.1\times 10^{-4}$), and validation results show accuracy improvements of up to 2 per cent for chargeability, relaxation time and the Cole–Cole exponent (p-value = $1.7 \times 10^{-7}$). CVNNs also yield more accurate approximations of mechanistic model variables, with error reductions of up to 1 per cent for ionic concentrations ($p\text{-value}= 1.6\times 10^{-4}$). Our experiments suggest that CVNNs provide modest but statistically significant benefits in SIP applications involving laboratory or synthetic data. While RVNNs may eventually reach comparable predictive accuracy if trained longer, we observe that CVNNs converge more rapidly under matched training conditions. This study provides a reproducible framework for benchmarking neural network architectures in SIP and supports the integration of CVNNs into geophysical workflows where phase responses encode physically meaningful information.
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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 | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 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 | 0,000 | 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 ».