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Faculté des Sciences appliquées
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Data assimilation as simulation-based inference

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Andry, Gérôme ULiège
Promoteur(s) : Louppe, Gilles ULiège
Date de soutenance : 4-sep-2023/5-sep-2023 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/18255
Détails
Titre : Data assimilation as simulation-based inference
Titre traduit : [fr] Assimilation de données via l'inférence basée sur la simulation
Auteur : Andry, Gérôme ULiège
Date de soutenance  : 4-sep-2023/5-sep-2023
Promoteur(s) : Louppe, Gilles ULiège
Membre(s) du jury : Geurts, Pierre ULiège
Wehenkel, Louis ULiège
Langue : Anglais
Nombre de pages : 83
Mots-clés : [en] Deep learning
[en] Data assimilation
[en] Simulation-based inference
[en] Generative models
Discipline(s) : Ingénierie, informatique & technologie > Sciences informatiques
Public cible : Grand public
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master : ingénieur civil électricien, à finalité spécialisée en "signal processing and intelligent robotics"
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences appliquées

Résumé

[en] Complex dynamical systems are found across various scientific disciplines, representing phenomena like atmospheric and oceanic behavior, brain activity, robot state in its environment, among many others. Due to the challenges that those systems may address, it is often impractical to observe their complete state, leading to the collection of partial observations. For instance, weather stations can only measure a limited number of variables like temperature and pressure, but not the entire state of the atmosphere. However, despite the limited nature of those observations, we can still use them to infer and deduce states that are consistent with the gathered data. By leveraging advanced inference methods, we can make predictions about the complete state of complex dynamical systems based on these information. In this thesis, we delve into the realm of simulation-based inference methods applied to inverse problems in high-dimensional dynamical systems. We discuss how classical methods can be adapted to our problem and investigate how existing evaluation techniques can be used to assess our estimator's performances. Unlike classical simulation-based inference problems, our focus extends to incorporating the temporal dimension of such systems and scaling consistently existing inference methods with the size of the problem. Our goal is to infer the posterior density of states in dynamic systems, using observations to condition the inference process. By accounting for the temporal aspect, we can extend our understanding of the system's behavior and make informed predictions about its future states. Eventually, we show that existing estimation methods can adapt to our problem by incorporating consistently available information related to both system dynamics and observation process. We argue that convolutional estimators are needed to allow good scaling without increasing excessively computational costs. By leveraging system's structure, we found diffusion-based estimators being promising to solve our problem. We also highlight the need of new evaluation techniques that scales correctly and propose a classifier-based posterior check that fill the lacks of other classical evaluations at the cost of harder interpretation.


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Document(s)

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Access MSc_thesis_Gerome_ANDRY_2023.pdf
Description:
Taille: 6.64 MB
Format: Adobe PDF

Auteur

  • Andry, Gérôme ULiège Université de Liège > Master ingé. civ. électr., à fin.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury

  • Geurts, Pierre ULiège Université de Liège - ULiège > Dép. d'électric., électron. et informat. (Inst.Montefiore) > Algorith. des syst. en interaction avec le monde physique
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Wehenkel, Louis ULiège Université de Liège - ULiège > Dép. d'électric., électron. et informat. (Inst.Montefiore) > Méthodes stochastiques
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
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