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物理学 > 物理与社会

arXiv:2402.00078 (physics)
[提交于 2024年1月31日 (v1) ,最后修订 2025年3月19日 (此版本, v3)]

标题: 超图从动力学重建

标题: Hypergraph reconstruction from dynamics

Authors:Robin Delabays, Giulia De Pasquale, Florian Dörfler, Yuanzhao Zhang
摘要: 近二十年来,已开发出大量方法,从系统的集体动力学推断其潜在的网络结构。然而,能够推断非成对相互作用的方法才刚刚开始出现。在这里,我们基于非线性动力学的稀疏识别(SINDy)开发了一种推理算法,以从时间序列数据重建超图和单纯复形。我们的无模型方法不需要关于节点动力学或耦合函数的信息,使其适用于那些没有可靠数学描述的复杂系统。我们首先在由Kuramoto和Lorenz动力学生成的合成数据上验证了该新方法。然后,我们使用它从静息态脑电图数据推断大脑中的有效连接,这揭示了非成对相互作用在塑造宏观脑动力学方面的重要贡献。
摘要: A plethora of methods have been developed in the past two decades to infer the underlying network structure of an interconnected system from its collective dynamics. However, methods capable of inferring nonpairwise interactions are only starting to appear. Here, we develop an inference algorithm based on sparse identification of nonlinear dynamics (SINDy) to reconstruct hypergraphs and simplicial complexes from time-series data. Our model-free method does not require information about node dynamics or coupling functions, making it applicable to complex systems that do not have a reliable mathematical description. We first benchmark the new method on synthetic data generated from Kuramoto and Lorenz dynamics. We then use it to infer the effective connectivity in the brain from resting-state EEG data, which reveals significant contributions from non-pairwise interactions in shaping the macroscopic brain dynamics.
评论: 正文:11页,7个图。补充信息:6页,10个图
主题: 物理与社会 (physics.soc-ph) ; 适应性与自组织系统 (nlin.AO); 数据分析、统计与概率 (physics.data-an)
引用方式: arXiv:2402.00078 [physics.soc-ph]
  (或者 arXiv:2402.00078v3 [physics.soc-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2402.00078
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Nat. Commun. 16, 2691 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-57664-2
链接到相关资源的 DOI

提交历史

来自: Robin Delabays [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2024 年 1 月 31 日 00:06:04 UTC (1,249 KB)
[v2] 星期一, 2024 年 9 月 16 日 21:43:44 UTC (2,451 KB)
[v3] 星期三, 2025 年 3 月 19 日 22:09:06 UTC (2,481 KB)
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