論文の概要: Adaptive Sensing beyond Non-Adaptive Information Limits: End-to-End Co-Design of Geometry, Policy, and Inference
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.25193v1
- Date: Tue, 28 Apr 2026 04:02:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-29 16:49:17.705279
- Title: Adaptive Sensing beyond Non-Adaptive Information Limits: End-to-End Co-Design of Geometry, Policy, and Inference
- Title(参考訳): 非適応情報限界を超える適応センシング:幾何学・政策・推論の共同設計
- Authors: Arvin Keshvari, William Tuxbury, Zin Lin,
- Abstract要約: 本稿では,連続ハードウェア形状に対する単一最適化とベルマン最適適応測定ポリシーを提案する。
3つのケーススタディで、共同DPはコミュニティの自然なベースラインを大きく上回っている。
ハードウェアが一度設計されているが、そのポリシーがデバイスの寿命を延ばすあらゆるセンサーにとって、ハードウェアとポリシーの共同最適化は最小限の原則である。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Inverse design has made vast physical parameter spaces a substrate for emergent behavior. In sensing, the stakes of this principle are sharpest at the analog-to-digital boundary, where any information the hardware fails to capture is information no downstream algorithm can recover; hardware optimization alone is therefore not enough, and the geometry must be co-designed with a rule for what to measure next. We formulate this co-design as \emph{joint dynamic programming} (joint-DP): a single optimization over the continuous hardware geometry and a Bellman-optimal adaptive measurement policy. The outer hardware gradient is computed by differentiable dynamic programming with a sharp Bellman maximum, which the envelope theorem makes exact and bias-free, and a relaxation hierarchy carries the common framework from small discrete POMDPs to $10^5$-pixel photonic topologies. Across three case studies, joint-DP beats the natural baseline of its community by a large factor: on a radar beam-search POMDP, classical information-bound-guided geometry selection loses $2.8\times$ in attainable adaptive value; on a superconducting-qubit flux sensor, joint-DP reduces deployed mean-squared error by $11.3\times$ over the joint Bayesian Cramér--Rao baseline, with both geometries numerically co-optimized under their respective objectives; and on a $90{,}000$-pixel photonic metasensor, joint-DP via the Bayesian Fisher-information-matrix surrogate reduces deployed mean-squared error by $123\times$ relative to a randomized baseline. For any sensor whose hardware is designed once but whose policy runs for the device's lifetime, joint optimization of hardware and policy is the minimum principled procedure.
- Abstract(参考訳): 逆設計により、大きな物理パラメータ空間が創発的挙動の基質となっている。
センサにおいて、この原理の利害関係はアナログ-デジタル境界において最も鋭く、ハードウェアが捕捉できない情報はダウンストリームアルゴリズムが回復できない情報であり、ハードウェア最適化だけでは不十分である。
この共設計を,連続的なハードウェア形状に対する単一の最適化とベルマン最適適応測定ポリシーである 'emph{joint dynamic programming} (joint-DP) として定式化する。
外部ハードウェア勾配はベルマン最大値を持つ微分可能動的プログラムによって計算され、エンベロープ定理は正確かつ偏りのないものであり、緩和階層は、小さな離散POMDPから10^5$-ピクセルのフォトニックトポロジーへ共通のフレームワークを運ぶ。
3つのケーススタディにおいて、ジョイントDPは、そのコミュニティの自然ベースラインを大きな要因で打ち負かしている: レーダビーム探索POMDPでは、古典的な情報バウンド誘導幾何選択は、到達可能な適応値で2.8\times$を失う; 超伝導量子ビット流束センサでは、ジョイントDPは、それぞれ目的によって数値的に最適化された2つのジオメトリーを持つジョイントベイズ・クラメール・ラオベースライン上で、展開平均2乗誤差を11.3\times$に減らし、ベイズ・フィッシャー・インフォメーション・マトリクス・サロゲートは、平均2乗誤差を123\timesに減らした。
ハードウェアが一度設計されているが、そのポリシーがデバイスの寿命を延ばすあらゆるセンサーにとって、ハードウェアとポリシーの共同最適化は最小限の原則である。
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