Non-Local Variational Problems with Applications to Data Science

非局部变分问题及其在数据科学中的应用

基本信息

  • 批准号:
    2307971
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 14.58万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-01 至 2026-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Machine learning algorithms have grown increasingly powerful and integral to our society in recent years. However, our understanding of how and why these algorithms work remains incomplete, especially in terms of their robustness and reliability. On the other hand, there has been a significant effort in the past century to mathematically understand theoretical properties of variational problems stemming from physics and engineering, and many related data science tasks that utilize machine learning algorithms can be cast in terms of optimization or variational problems. This project will study theoretical properties of machine learning algorithms by understanding their variational structure, and by doing so will develop novel mathematical techniques. Graduate and undergraduate students will also be trained as part of this project. This award focuses on two classes of anisotropic, non-local variational problems that have arisen in data science tasks. The first is a data-adapted, non-local perimeter which appears naturally in the context of adversarial learning, and the second is a non-local Dirichlet energy used in graph-based learning methods. This work will deepen our understanding of the regularity associated with these energies and corresponding evolution equations and will provide a new avenue for understanding classical elliptic regularity theory. Doing so will improve upon the current work in the machine learning community on the theory of these algorithms, helping to aid in rigorous choices for interpretable and computationally efficient algorithm design. Finally, the expected results will expand the types of tasks and questions that are computationally tractable, for example by permitting efficient exploration of the effect of adversarial power and its effect on topology and accuracy, or by permitting the accurate inclusion of boundary constraints in non-local Laplacian problems.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
近年来,机器学习算法变得越来越强大,并成为我们社会不可或缺的一部分。然而,我们对这些算法如何以及为何工作的理解仍然不完整,特别是在它们的鲁棒性和可靠性方面。另一方面,在过去的一个世纪中,人们在数学上理解源自物理和工程学的变分问题的理论属性方面做出了巨大的努力,并且许多利用机器学习算法的相关数据科学任务可以根据优化或变分问题来进行转换。该项目将通过理解机器学习算法的变分结构来研究机器学习算法的理论特性,并由此开发新颖的数学技术。作为该项目的一部分,研究生和本科生也将接受培训。该奖项重点关注数据科学任务中出现的两类各向异性、非局部变分问题。第一个是数据适应的非局部周界,它自然出现在对抗性学习的背景下,第二个是基于图的学​​习方法中使用的非局部狄利克雷能量。这项工作将加深我们对与这些能量相关的规律性和相应的演化方程的理解,并将为理解经典椭圆规律性理论提供新的途径。这样做将改进机器学习社区当前在这些算法理论方面的工作,有助于为可解释和计算高效的算法设计做出严格的选择。最后,预期结果将扩展可计算处理的任务和问题的类型,例如,通过允许有效探索对抗性力量的影响及其对拓扑和准确性的影响,或者通过允许在非计算中准确包含边界约束。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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Tunnel Ionization in Strong Fields in atoms and molecules and its applications
原子分子强场中的隧道电离及其应用
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    Ryan Murray
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Carlos Ortiz Marrero
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    $ 14.58万
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    Standard Grant

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    2024
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    $ 14.58万
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  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 14.58万
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  • 批准号:
    10078878
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 14.58万
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  • 批准号:
    2427291
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 14.58万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
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