迄今为止，引力波发现的所有科学主张都依赖于候选观测值的离线统计分析，以量化相对于背景过程的重要性。 Ligo实验中这种离线检测管道中的当前基础是匹配的滤波器算法，该算法产生了基于信噪比的基于信噪比的统计量，用于对候选观测进行排名。现有的基于深度学习的尝试检测引力波，这些尝试在信号灵敏度和计算效率（计算效率）中都表现出了输出概率分数。但是，概率分数不容易集成到发现工作流程中，从而将深度学习的使用限制为迄今为止的非发现的应用程序。在本文中，引入了深度学习信噪比（DEEPSNR）检测管道，该检测管道使用了一种新方法来从深度学习分类器中生成信噪比排名统计量，从而为使用提供了第一个使用的基础在面向发现的管道中的深度学习算法。通过从第一次观察运行中识别二进制黑洞合并候选者与噪声源相对于噪声源来证明DeepSNR的性能。使用Ligo检测器响应的高保真模拟用于在物理观察物方面介绍深度学习模型的第一个灵敏度估计。还研究了在各种实验方面的DeepSNR的鲁棒性。结果为DeepSNR用于在更广泛的背景下的引力波和罕见信号的科学发现铺平了道路，从而有可能检测到昏迷的信号和从未被观察到的现象。
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我们介绍了第一个机器学习引力波搜索模拟数据挑战（MLGWSC-1）的结果。在这一挑战中，参与的小组必须从二进制黑洞合并中识别出复杂性和持续时间逐渐嵌入在逐渐更现实的噪声中的引力波信号。 4个提供的数据集中的决赛包含O3A观察的真实噪声，并发出了20秒的持续时间，其中包含进动效应和高阶模式。我们介绍了在提交前从参与者未知的1个月的测试数据中得出的6个输入算法的平均灵敏度距离和运行时。其中4个是机器学习算法。我们发现，最好的基于机器学习的算法能够以每月1个的错误警报率（FAR）的速度（FAR）实现基于匹配过滤的生产分析的敏感距离的95％。相反，对于真实的噪音，领先的机器学习搜索获得了70％。为了更高的范围，敏感距离缩小的差异缩小到某些数据集上选择机器学习提交的范围$ \ geq 200 $以优于传统搜索算法的程度。我们的结果表明，当前的机器学习搜索算法可能已经在有限的参数区域中对某些生产设置有用。为了改善最新的技术，机器学习算法需要降低他们能够检测信号并将其有效性扩展到参数空间区域的虚假警报率，在这些区域中，建模的搜索在计算上很昂贵。根据我们的发现，我们汇编了我们认为，将机器学习搜索提升到重力波信号检测中的宝贵工具，我们认为这是最重要的研究领域。
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先进的Ligo和先进的处女座地面干涉仪有望探测前所未有的大量空间，从而增强了观测值的发现能力，甚至是重力波发射器的新来源。在这种情况下，高度优化的重力波检测算法的发展至关重要。我们提出了一个新型的分层框架，用于实时检测受语音处理技术启发的引力波，以及在本实施中，基于一种最新的机器学习方法，涉及遗传编程和神经网络的杂交。新提出的框架的关键方面是：结构良好的分层方法和低计算复杂性。本文描述了框架的基本概念和前三层的推导。即使在当前的实现中，这些层是基于使用机器学习方法得出的模型，拟议的分层结构具有普遍的性质。为了训练和测试模型，我们在合成高斯噪声中使用了模拟的二进制黑洞重力波形，代表了高级Ligo灵敏度设计。与更复杂的方法（例如卷积神经网络）相比，我们的框架，即使使用论文中描述的简单地面模型，具有相似的性能，但计算复杂性较低，模块化程度较高。此外，对短期特征的潜在剥削使新框架的结果几乎独立于引力波信号的时间位置，从而在第二代干涉仪中简化了其在实时多层管道中对重力波检测的实时多层管道的未来剥削。
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在2015年和2019年之间，地平线的成员2020年资助的创新培训网络名为“Amva4newphysics”，研究了高能量物理问题的先进多变量分析方法和统计学习工具的定制和应用，并开发了完全新的。其中许多方法已成功地用于提高Cern大型Hadron撞机的地图集和CMS实验所执行的数据分析的敏感性;其他几个人，仍然在测试阶段，承诺进一步提高基本物理参数测量的精确度以及新现象的搜索范围。在本文中，在研究和开发的那些中，最相关的新工具以及对其性能的评估。
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我们介绍了基于深频自动化器的异常检测技术在激光干涉仪中检测重力波信号的问题。在噪声数据上接受训练，这类算法可以使用无监督的策略来检测信号，即，不瞄准特定类型的来源。我们开发了自定义架构，以分析来自两个干涉仪的数据。我们将所获得的性能与其他AutoEncoder架构和卷积分类器进行比较。与更传统的监督技术相比，拟议战略的无监督性质在准确性方面具有成本。另一方面，在预先计算信号模板的集合之外，存在定性增益。经常性AutoEncoder超越基于不同架构的其他AutoEncoder。本文呈现的复发性自动额片的类可以补充用于引力波检测的搜索策略，并延长正在进行的检测活动的范围。
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我们证明了Yolov5模型（一种基于通用卷积的单杆对象检测模型）的应用，在从当前生成干涉仪检测器的重力数据中检测到二进制中子星（BNS）聚合事件的任务。我们还基于用于模型训练，验证和测试步骤的大概波形模型对合成数据生成和准备任务的详尽说明。使用这种方法，我们实现平均平均精度（$ \ text {map} _ {[0.50]} $）的单个类验证数据集的值为0.945，测试数据集的平均值为0.945，高达0.978。此外，训练有素的模型成功地识别了LIGO H1检测器数据中的GW170817事件。 LIGO L1检测器数据也可以通过附加的预处理步骤进行识别，而无需在Inspiral的最后阶段消除大故障。 GW190425事件的检测不太成功，这证明了信噪比的性能退化。我们的研究表明，Yolov5模型是第一阶段检测警报管道的有趣方法，并且在整合到更复杂的管道中时，用于实时推断物理源参数。
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$ \ Texit {Fermi} $数据中的银河系中多余（GCE）的两个领先假设是一个未解决的微弱毫秒脉冲条件（MSP）和暗物质（DM）湮灭。这些解释之间的二分法通常通过将它们建模为两个单独的发射组分来反映。然而，诸如MSP的点源（PSS）在超微弱的极限中具有统计变质的泊松发射（正式的位置，预期每个来源平均贡献远低于一个光子），导致可能提出问题的歧义如排放是否是PS样或性质中的泊松人。我们提出了一种概念上的新方法，以统一的方式描述PS和泊松发射，并且刚刚从此获得的结果中获得了对泊松组件的约束。为了实现这种方法，我们利用深度学习技术，围绕基于神经网络的方法，用于直方图回归，其表达量数量的不确定性。我们证明我们的方法对许多困扰先前接近的系统，特别是DM / PS误操作来稳健。在$ \ texit {fermi} $数据中，我们发现由$ \ sim4 \ times 10 ^ {-11} \ \ text {counts} \ {counts} \ text {counts} \ text {counts} \ \ text {cm} ^ { - 2} \ \ text {s} ^ { - 1} $（对应于$ \ sim3 - 4 $每pL期望计数），这需要$ n \ sim \ mathcal {o}（ 10 ^ 4）$源来解释整个过剩（中位数价值$ n = \文本{29,300} $横跨天空）。虽然微弱，但这种SCD允许我们获得95％信心的Poissonian比赛的约束$ \ eta_p \ leq 66 \％$。这表明大量的GCE通量是由于PSS 。
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在背景主导的情况下，通过机器学习和信号和背景之间的可观察者之间的高度重叠来调查LHC在LHC的新物理搜索的敏感性。我们使用两种不同的型号，XGBoost和深度神经网络，利用可观察到之间的相关性，并将这种方法与传统的切割方法进行比较。我们认为不同的方法来分析模型的输出，发现模板拟合通常比简单的切割更好地执行。通过福芙氏分解，我们可以额外了解事件运动学与机器学习模型输出之间的关系。我们认为具有亚霉素的超对称场景作为一个具体示例，但方法可以应用于更广泛的超对称模型。
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我们描述了作为黑暗机器倡议和LES Houches 2019年物理学研讨会进行的数据挑战的结果。挑战的目标是使用无监督机器学习算法检测LHC新物理学的信号。首先，我们提出了如何实现异常分数以在LHC搜索中定义独立于模型的信号区域。我们定义并描述了一个大型基准数据集，由> 10亿美元的Muton-Proton碰撞，其中包含> 10亿美元的模拟LHC事件组成。然后，我们在数据挑战的背景下审查了各种异常检测和密度估计算法，我们在一组现实分析环境中测量了它们的性能。我们绘制了一些有用的结论，可以帮助开发无监督的新物理搜索在LHC的第三次运行期间，并为我们的基准数据集提供用于HTTPS://www.phenomldata.org的未来研究。重现分析的代码在https://github.com/bostdiek/darkmachines-unsupervisedChallenge提供。
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我们提出了一种基于机器学习的新型方法，用于从干涉数据中检测出星系尺度的重力透镜，特别是使用国际Lofar望远镜（ILT）采用的方法，该镜头是在150 MHz的频率上观察到北部无线电天空，该频率是350的角度分辨率。 MAS和90 Ujy Beam-1（1 Sigma）的灵敏度。我们开发并测试了几个卷积神经网络，以确定给定样品被归类为镜头或非镜头事件的概率和不确定性。通过对包括逼真的镜头和非镜头无线电源的模拟干涉成像数据集进行训练和测试，我们发现可以恢复95.3％的镜头样品（真正的正速率），仅污染仅为0.008来自非静态样品（假阳性速率）的含量。考虑到预期的镜头概率，结果导致了92.2％的镜头事件的样品纯度。我们发现，当镜头图像之间的最大图像分离大于合成光束尺寸的3倍时，网络结构是最健壮的，并且镜头图像具有至少与20个Sigma（点源）的总磁通密度相等）检测。对于ILT，这对应于爱因斯坦半径大于0.5 ARCSEC和一个无线电源群体的镜头样品，其150 MHz通量密度超过2 MJY。通过应用这些标准和我们的镜头检测算法，我们希望发现Lofar两米天空调查中包含的绝大多数星系尺度重力透镜系统。
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机器学习在加强和加速寻求新基本物理学方面发挥着至关重要的作用。我们审查了新物理学的机器学习方法和应用中，在地面高能量物理实验的背景下，包括大型强子撞机，罕见的事件搜索和中微生实验。虽然机器学习在这些领域拥有悠久的历史，但深入学习革命（2010年代初）就研究的范围和雄心而产生了定性转变。这些现代化的机器学习发展是本综述的重点。
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射频干扰（RFI）缓解仍然是寻找无线电技术的主要挑战。典型的缓解策略包括原点方向（DOO）滤波器，如果在天空上的多个方向上检测到信号，则将信号分类为RFI。这些分类通常依赖于信号属性的估计，例如频率和频率漂移速率。卷积神经网络（CNNS）提供了对现有过滤器的有希望的补充，因为它们可以接受培训以直接分析动态光谱，而不是依赖于推断的信号属性。在这项工作中，我们编译了由标记的动态谱的图像组组成的几个数据集，并且我们设计和训练了可以确定在另一扫描中检测到的信号是否在另一扫描中检测到的CNN。基于CNN的DOO滤波器优于基线2D相关模型以及现有的DOO过滤器在一系列指标范围内，分别具有99.15％和97.81％的精度和召回值。我们发现CNN在标称情况下将传统的DOO过滤器施加6-16倍，减少了需要目视检查的信号数。
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ASTROMYRY - 天体物体的职位和运动的精确测量 - 已成为一个有希望的大道，用于在我们的银河系中表征暗物质人口。通过利用基于仿真的推断和神经网络架构的最近进步，我们介绍了一种新的方法来搜索天球暗物质引起的天体辐射数据集中的重力透镜签名。我们基于神经似然比估计的方法显示出与基于两点相关统计的现有方法相比，与测量噪声相比，对冷暗物质人群的敏感性显着提高了敏感性。我们通过将其稳健而言，展示了我们的方法的真实可行性，并且在天体测量中预期的非普通建模以及未拼模型的噪声功能。这使得机器学习作为一种强大的工具，用于使用artromicric数据表征暗物质。
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从间接检测实验中寻找暗物质湮灭的间接检测实验的解释需要计算昂贵的宇宙射线传播模拟。在这项工作中，我们提出了一种基于经常性神经网络的新方法，可显着加速二次和暗物质银宇射线反滴角的模拟，同时实现优异的准确性。这种方法允许在宇宙射线传播模型的滋扰参数上进行高效的分析或边缘化，以便为各种暗物质模型进行参数扫描。我们确定重要的采样，具体适用于确保仅在训练有素的参数区域中评估网络。我们使用最新AMS-02 Antiproton数据在几种模型的弱相互作用的大规模粒子上呈现导出的限制。与传统方法相比，全训练网络与此工作一起作为Darkraynet释放，并通过至少两个数量级来实现运行时的加速。
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快速，高度准确，可靠的引力波浪的推动，可以实现实时多信使天文学。目前贝叶斯推理方法虽然高度准确可靠，但很慢。深度学习模型已经表明了引力波的推理任务非常快速，但由于神经网络的黑箱性质，它们的产出本质上是可疑的。在这项工作中，我们通过应用了多头卷积神经网络产生的近似后验的重要性抽样加入贝叶斯推论和深度学习。神经网络参数化Von Mises-Fisher和天空坐标和高斯分布的天空坐标和两个群众，用于给定Ligo和Virgo探测器的模拟重力波注射。我们为看不见的引力波事件产生跨ysmaps，这是几分钟内使用贝叶斯推理产生的高等类似的预测。此外，我们可以检测神经网络的差，并迅速向它们标记。
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基于空间的重力波（GW）检测器将能够观察到来自当前基于地面检测的来源几乎不可能的信号。因此，建立的信号检测方法（匹配的过滤）将需要一个复杂的模板库，从而导致计算成本在实践中过于昂贵。在这里，我们为所有空间GW来源开发了高准确的GW信号检测和提取方法。作为概念的证明，我们表明，科学驱动和统一的多阶段深神经网络可以识别出浸入高斯噪声中的合成信号。与目标信号相比，我们的方法具有超过99％的信号检测准确性，同时获得至少95％的相似性。我们进一步证明了几种扩展场景的解释性和强烈的概括行为。
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闭环大脑刺激是指捕获诸如脑电图（EEG）之类的神经生理学措施，迅速识别感兴趣的神经事件，并产生听觉，磁性或电刺激，从而精确地与大脑过程相互作用。这是一种基本神经科学的新方法，也许是临床应用，例如恢复降解记忆功能；但是，现有工具很昂贵，繁琐，并且具有有限的实验灵活性。在本文中，我们提出了Portiloop，这是一种基于深度学习的，便携式和低成本的闭环刺激系统，能够靶向特定的脑振荡。我们首先记录可以从市售组件构建的开放式软件实现。我们还提供了快速，轻巧的神经网络模型和探索算法，该算法自动优化了所需的脑振荡的模型超参数。最后，我们在实时睡眠主轴检测的具有挑战性的测试案例中验证了该技术，结果可与大规模在线数据注释主轴数据集（MODA；组共识）上的离线专家绩效相当。社区可以提供软件和计划，作为开放科学计划，旨在鼓励进一步开发并推动闭环神经科学研究。
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我们使用神经网络研究几种简化的暗物质（DM）模型及其在LHC的签名。我们专注于通常的单声角加上缺失的横向能量通道，但要训练算法我们在2D直方图中组织数据而不是逐个事件阵列。这导致较大的性能提升，以区分标准模型（SM）和SM以及新物理信号。我们使用KineMatic单速仪功能作为输入数据，允许我们描述具有单个数据示例的模型的系列。我们发现神经网络性能不依赖于模拟的后台事件数量，如果它们作为$ s / \ sqrt {b} $函数呈现，其中$ s $和$ b $是信号和背景的数量每直方图的事件分别。这提供了对方法的灵活性，因为在这种情况下测试特定模型只需要了解新物理单次横截面。此外，我们还在关于真实DM性质的错误假设下讨论网络性能。最后，我们提出了多模型分类器以更普遍的方式搜索和识别新信号，对于下一个LHC运行。
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强烈的引力透镜已成为一种有前途的方法，用于探测亚半乳尺度上的暗物质模型。最近的工作提出了Subhalo有效密度斜率比常用的Subhalo质量功能更可靠。 subhalo有效密度斜率是一个独立于对基础密度曲线的假设的测量值，可以通过传统的采样方法来推断单个Subhalos。为了超越单个Subhalo测量，我们利用机器学习的最新进展，并引入神经似然比估计器来推断Subhalos人群的有效密度斜率。我们证明我们的方法能够利用多个Subhalos（内部和跨多个图像）的统计能力来区分不同Subhalo种群的特征。神经似然比估计量对传统抽样的估计值所需的计算效率可以实现对暗物质遗传的统计研究，并且特别有用，因为我们希望从即将进行的调查中涌入强镜头系统。
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引力波天文学是一个充满活力的领域，它利用经典和现代数据处理技术来理解宇宙。已经提出了各种方法来提高检测方案的效率，层次匹配的过滤是一个重要的策略。同时，深度学习方法最近已经证明了与匹配的过滤方法和显着统计性能的一致性。在这项工作中，我们提出了分层检测网络（HDN），这是一种新型的有效检测方法，结合了分层匹配和深度学习的思想。使用新型损失函数对网络进行了训练，该功能同时编码统计准确性和效率的目标。我们讨论了提出的模型的复杂性降低的来源，并描述了专门在不同区域的每个层的初始化的一般配方。我们使用开放的LiGO数据和合成注射的实验证明了HDN的性能，并使用两层型号观察$ 79 \％$ $效率的增益，而匹配的过滤率则以$ 0.2 \％$ $的匹配过滤率。此外，我们展示了如何使用两层模型初始化的三层HDN训练三层HDN可以进一步提高准确性和效率，从而突出了多个简单层在有效检测中的功能。
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