In the Earth's magnetosphere, there are fewer than a dozen dedicated probes beyond low-Earth orbit making in-situ observations at any given time. As a result, we poorly understand its global structure and evolution, the mechanisms of its main activity processes, magnetic storms, and substorms. New Artificial Intelligence (AI) methods, including machine learning, data mining, and data assimilation, as well as new AI-enabled missions will need to be developed to meet this Sparse Data challenge.
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This paper presents a state-of-the-art optimal controller for quadruped locomotion. The robot dynamics is represented using a single rigid body (SRB) model. A linear time-varying model predictive controller (LTV MPC) is proposed by using linearization schemes. Simulation results show that the LTV MPC can execute various gaits, such as trot and crawl, and is capable of tracking desired reference trajectories even under unknown external disturbances. The LTV MPC is implemented as a quadratic program using qpOASES through the CasADi interface at 50 Hz. The proposed MPC can reach up to 1 m/s top speed with an acceleration of 0.5 m/s2 executing a trot gait. The implementation is available at https:// github.com/AndrewZheng-1011/Quad_ConvexMPC
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We provide a brief, and inevitably incomplete overview of the use of Machine Learning (ML) and other AI methods in astronomy, astrophysics, and cosmology. Astronomy entered the big data era with the first digital sky surveys in the early 1990s and the resulting Terascale data sets, which required automating of many data processing and analysis tasks, for example the star-galaxy separation, with billions of feature vectors in hundreds of dimensions. The exponential data growth continued, with the rise of synoptic sky surveys and the Time Domain Astronomy, with the resulting Petascale data streams and the need for a real-time processing, classification, and decision making. A broad variety of classification and clustering methods have been applied for these tasks, and this remains a very active area of research. Over the past decade we have seen an exponential growth of the astronomical literature involving a variety of ML/AI applications of an ever increasing complexity and sophistication. ML and AI are now a standard part of the astronomical toolkit. As the data complexity continues to increase, we anticipate further advances leading towards a collaborative human-AI discovery.
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Human behavior emerges from planning over elaborate decompositions of tasks into goals, subgoals, and low-level actions. How are these decompositions created and used? Here, we propose and evaluate a normative framework for task decomposition based on the simple idea that people decompose tasks to reduce the overall cost of planning while maintaining task performance. Analyzing 11,117 distinct graph-structured planning tasks, we find that our framework justifies several existing heuristics for task decomposition and makes predictions that can be distinguished from two alternative normative accounts. We report a behavioral study of task decomposition ($N=806$) that uses 30 randomly sampled graphs, a larger and more diverse set than that of any previous behavioral study on this topic. We find that human responses are more consistent with our framework for task decomposition than alternative normative accounts and are most consistent with a heuristic -- betweenness centrality -- that is justified by our approach. Taken together, our results provide new theoretical insight into the computational principles underlying the intelligent structuring of goal-directed behavior.
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互动主义模型引入了一种动态的语言，交流和认知方法。在这项工作中，我们在对话对话系统（SDS）的对话建模的背景下探讨了这一基本理论。为了扩展这样的理论框架，我们提出了一组设计原则，这些设计原则遵守中央心理语言和交流理论，以实现SDS中的互动主义。通过这些，关键思想可以构成我们提出的设计原则的基础。
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开发有效的自动分类器将真实来源与工件分开，对于宽场光学调查的瞬时随访至关重要。在图像差异过程之后，从减法伪像的瞬态检测鉴定是此类分类器的关键步骤，称为真实 - 博格斯分类问题。我们将自我监督的机器学习模型，深入的自组织地图（DESOM）应用于这个“真实的模拟”分类问题。 DESOM结合了自动编码器和一个自组织图以执行聚类，以根据其维度降低的表示形式来区分真实和虚假的检测。我们使用32x32归一化检测缩略图作为底部的输入。我们展示了不同的模型训练方法，并发现我们的最佳DESOM分类器显示出6.6％的检测率，假阳性率为1.5％。 Desom提供了一种更细微的方法来微调决策边界，以确定与其他类型的分类器（例如在神经网络或决策树上构建的）结合使用时可能进行的实际检测。我们还讨论了DESOM及其局限性的其他潜在用法。
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联合学习（FL）旨在对多个数据所有者持有的分布式数据执行隐私的机器学习。为此，FL要求数据所有者在本地执行培训，并与中央服务器共享梯度更新（而不是私人输入），然后将其安全地汇总在多个数据所有者上。尽管汇总本身并不能证明提供隐私保护，但先前的工作表明，如果批处理大小足够大，则足够了。在本文中，我们提出了鸡尾酒会攻击（CPA），与先前的信念相反，能够从汇总的渐变中恢复私人输入，这是批量较大的大小。 CPA利用了至关重要的见解，即来自完全连接的层的总梯度是其输入的线性组合，这使我们将梯度反演作为盲源分离（BSS）问题（非正式地称为鸡尾酒会问题）。我们适应独立的组件分析（ICA） - BSS问题的经典解决方案 - 恢复针对完全连接和卷积网络的私人输入，并表明CPA明显优于先前的梯度反转攻击，对成像网的输入量表，并表现出Imagenet大小的输入的范围最高可达1024的大批量。
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ICECUBE是一种用于检测1 GEV和1 PEV之间大气和天体中微子的光学传感器的立方公斤阵列，该阵列已部署1.45 km至2.45 km的南极的冰盖表面以下1.45 km至2.45 km。来自ICE探测器的事件的分类和重建在ICeCube数据分析中起着核心作用。重建和分类事件是一个挑战，这是由于探测器的几何形状，不均匀的散射和冰中光的吸收，并且低于100 GEV的光，每个事件产生的信号光子数量相对较少。为了应对这一挑战，可以将ICECUBE事件表示为点云图形，并将图形神经网络（GNN）作为分类和重建方法。 GNN能够将中微子事件与宇宙射线背景区分开，对不同的中微子事件类型进行分类，并重建沉积的能量，方向和相互作用顶点。基于仿真，我们提供了1-100 GEV能量范围的比较与当前ICECUBE分析中使用的当前最新最大似然技术，包括已知系统不确定性的影响。对于中微子事件分类，与当前的IceCube方法相比，GNN以固定的假阳性速率（FPR）提高了信号效率的18％。另外，GNN在固定信号效率下将FPR的降低超过8（低于半百分比）。对于能源，方向和相互作用顶点的重建，与当前最大似然技术相比，分辨率平均提高了13％-20％。当在GPU上运行时，GNN能够以几乎是2.7 kHz的中位数ICECUBE触发速率的速率处理ICECUBE事件，这打开了在在线搜索瞬态事件中使用低能量中微子的可能性。
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结构性健康监测（SHM）的一个主要问题是损害的预后和结构剩余使用寿命的定义。这两个任务都取决于许多参数，其中许多参数通常不确定。许多模型是针对上述任务开发的，但是它们是确定性的或随机的，只能考虑到结构的过去状态限制的能力。在当前的工作中，提出了一个生成模型，以预测结构的破坏演变。该模型能够在基于人群的SHM（PBSHM）框架中执行，以考虑到许多过去的结构状态，以在建模过程中纳入不确定性，并根据从结构中获取的数据产生潜在的损害进化结果。该算法在模拟的损伤演化示例上进行了测试，结果表明，它能够提供有关人群中结构剩余使用寿命的非常自信的预测。
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Majorana示威者是一项领先的实验，寻找具有高纯净锗探测器（HPGE）的中性s中性双β衰变。机器学习提供了一种最大化这些检测器提供的信息量的新方法，但是与传统分析相比，数据驱动的性质使其不可解释。一项可解释性研究揭示了机器的决策逻辑，使我们能够从机器中学习以反馈传统分析。在这项工作中，我们介绍了Majorana演示者数据的第一个机器学习分析。这也是对任何锗探测器实验的第一个可解释的机器学习分析。训练了两个梯度增强的决策树模型，以从数据中学习，并进行了基于游戏理论的模型可解释性研究，以了解分类功率的起源。通过从数据中学习，该分析识别重建参数之间的相关性，以进一步增强背景拒绝性能。通过从机器中学习，该分析揭示了新的背景类别对相互利用的标准Majorana分析的重要性。该模型与下一代锗探测器实验（如传说）高度兼容，因为它可以同时在大量探测器上进行训练。
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