論文の概要: Flow Matching-Based Generative Modeling for Efficient and Scalable Data Assimilation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.13313v2
• Date: Fri, 22 Aug 2025 15:54:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-25 12:20:05.368838
• Title: Flow Matching-Based Generative Modeling for Efficient and Scalable Data Assimilation
• Title（参考訳）: フローマッチングに基づく効率的およびスケーラブルなデータ同化のための生成モデル
• Authors: Taos Transue, Bohan Chen, So Takao, Bao Wang,
• Abstract要約: フローマッチング(FM)に基づく新しいフィルタリングフレームワークであるアンサンブルフローフィルタ(EnFF)を導入する。 EnFFは、限界FMベクトル場(VF)に対するMC推定器と、観測を同化するための局所的なガイダンスを統合している。 高次元フィルタリングベンチマークの実験では、コスト精度のトレードオフの改善とより大きなアンサンブルを活用する能力が示されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.620677508344981
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Data assimilation (DA) is the problem of sequentially estimating the state of a dynamical system from noisy observations. Recent advances in generative modeling have inspired new approaches to DA in high-dimensional nonlinear settings, especially the ensemble score filter (EnSF). However, these come at a significant computational burden due to slow sampling. In this paper, we introduce a new filtering framework based on flow matching (FM) -- called the ensemble flow filter (EnFF) -- to accelerate sampling and enable flexible design of probability paths. EnFF -- a training-free DA approach -- integrates MC estimators for the marginal FM vector field (VF) and a localized guidance to assimilate observations. EnFF has faster sampling and more flexibility in VF design compared to existing generative modeling for DA. Theoretically, we show that EnFF encompasses classical filtering methods such as the bootstrap particle filter and the ensemble Kalman filter as special cases. Experiments on high-dimensional filtering benchmarks demonstrate improved cost-accuracy tradeoffs and the ability to leverage larger ensembles than prior methods. Our results highlight the promise of FM as a scalable tool for filtering in high-dimensional applications that enable the use of large ensembles.
• Abstract（参考訳）: データ同化(DA)は、ノイズ観測から力学系の状態を逐次推定する問題である。 生成モデリングの最近の進歩は、高次元非線形設定におけるDAの新しいアプローチ、特にアンサンブルスコアフィルタ(EnSF)にインスピレーションを与えている。 しかし、これらはサンプリングが遅いため、かなりの計算負荷がかかる。 本稿では,アンサンブルフローフィルタ (EnFF) と呼ばれる,フローマッチング (FM) に基づく新しいフィルタリングフレームワークを導入し,サンプリングを高速化し,確率経路の柔軟な設計を可能にする。 トレーニングフリーのDAアプローチであるEnFFは、限界FMベクトル場(VF)のMC推定器と、観測を同化するための局所的なガイダンスを統合している。 EnFFは既存のDA生成モデルと比較してサンプリングが速く、VF設計にも柔軟性がある。 理論的には、EnFFはブートストラップ粒子フィルタやアンサンブルカルマンフィルタなどの古典的なフィルタリング手法を特別な場合として含むことを示す。 高次元フィルタリングベンチマークの実験では、コスト精度のトレードオフの改善と、以前の方法よりも大きなアンサンブルを活用できることが示されている。 この結果から,大規模アンサンブルの活用が可能な高次元アプリケーションにおいて,FMを拡張性のあるフィルタリングツールとして実現することが示唆された。

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