Model predictive complex system control from observational and interventional data

计算机科学 机器学习 人工智能 观察研究 状态空间 复杂系统 模型预测控制 一般化 分布式计算 数据科学 控制(管理) 数学 统计 数学分析
作者
Muyun Mou,Yu Guo,Fan-Ming Luo,Yang Yu,Jiang Zhang
出处
期刊:Chaos [American Institute of Physics]
卷期号:34 (9) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0195208
摘要

Complex systems, characterized by intricate interactions among numerous entities, give rise to emergent behaviors whose data-driven modeling and control are of utmost significance, especially when there is abundant observational data but the intervention cost is high. Traditional methods rely on precise dynamical models or require extensive intervention data, often falling short in real-world applications. To bridge this gap, we consider a specific setting of the complex systems control problem: how to control complex systems through a few online interactions on some intervenable nodes when abundant observational data from natural evolution is available. We introduce a two-stage model predictive complex system control framework, comprising an offline pre-training phase that leverages rich observational data to capture spontaneous evolutionary dynamics and an online fine-tuning phase that uses a variant of model predictive control to implement intervention actions. To address the high-dimensional nature of the state-action space in complex systems, we propose a novel approach employing action-extended graph neural networks to model the Markov decision process of complex systems and design a hierarchical action space for learning intervention actions. This approach performs well in three complex system control environments: Boids, Kuramoto, and Susceptible-Infectious-Susceptible (SIS) metapopulation. It offers accelerated convergence, robust generalization, and reduced intervention costs compared to the baseline algorithm. This work provides valuable insights into controlling complex systems with high-dimensional state-action spaces and limited intervention data, presenting promising applications for real-world challenges.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
Liumingyu发布了新的文献求助10
刚刚
1秒前
炙热莫言发布了新的文献求助10
1秒前
Liu发布了新的文献求助10
1秒前
胡萝卜大王完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
李健的小迷弟应助ijude1900采纳,获得10
3秒前
3秒前
4秒前
sh131发布了新的文献求助10
4秒前
孤独梦安完成签到,获得积分10
4秒前
mmddlj发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
5秒前
1111完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
灵巧伊发布了新的文献求助10
7秒前
打打应助小田采纳,获得10
8秒前
Kaneki发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
小信鸽发布了新的文献求助10
10秒前
吴丽婵完成签到,获得积分20
10秒前
阿斯完成签到,获得积分10
10秒前
赖茜发布了新的文献求助10
11秒前
yyy完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
cc发布了新的文献求助10
12秒前
15秒前
15秒前
丘比特应助cc采纳,获得10
16秒前
18秒前
didi完成签到,获得积分10
18秒前
Orange应助冤申采纳,获得100
20秒前
dio发布了新的文献求助10
20秒前
星辰大海应助Michael采纳,获得10
21秒前
chexqi完成签到,获得积分10
22秒前
didi发布了新的文献求助10
22秒前
zzyy完成签到,获得积分20
23秒前
23秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Introduction to Helicopter and Tiltrotor Flight Simulation, Second Edition 2500
卤化钙钛矿人工突触的研究 2000
Моделирование процессов самоорганизации в кристаллообразующих системах 1000
History of U.S. Space Surveillance and Satellite Cataloging 1000
Malcolm Fraser : a biography 700
Signals, Systems, and Signal Processing 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6506795
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8300414
关于积分的说明 17719045
捐赠科研通 5607383
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2920931
邀请新用户注册赠送积分活动 1898117
关于科研通互助平台的介绍 1760536