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doi:10.22028/D291-46965 | Titel: | Integrating Kolmogorov-Arnold networks with ordinary differential equations for efficient, interpretable, and robust deep learning: Epidemiology of infectious diseases as a case study |
| VerfasserIn: | Ma, Kexin Lu, Xu Bragazzi, Nicola Luigi Selzer, Dominik Lehr, Thorsten Tang, Biao |
| Sprache: | Englisch |
| Titel: | Infectious Disease Modelling |
| Bandnummer: | 11 (2026) |
| Heft: | 2 |
| Seiten: | 603-618 |
| Verlag/Plattform: | Elsevier |
| Erscheinungsjahr: | 2025 |
| Freie Schlagwörter: | KAN KAN-UDE Deep learning Mechanistic models Epidemiology |
| DDC-Sachgruppe: | 500 Naturwissenschaften |
| Dokumenttyp: | Journalartikel / Zeitschriftenartikel |
| Abstract: | This study extends universal differential equation (UDE) frameworks by integrating the Kolmogorov-Arnold Network (KAN) with ordinary differential equations, referred to as KAN-UDE, to achieve efficient and interpretable deep learning. Our case study centers on the epidemiology of emerging infectious diseases. Compared to UDEs based on multi-layer perceptrons, training KAN-UDE models shows significantly improved fitting performance, as evidenced by a rapid and substantial reduction in loss. KAN-UDE models demonstrate accurate reconstruction of nonlinear functions under partial time-series training data, maintaining robustness to data sparsity. This approach enables an interpretable learning process, as KAN-UDE models were reconstructed as fully mechanistic models (RMMs). While KAN-UDE models exhibit lower robustness and accuracy when real-world data randomness is considered, RMMs predict epidemic trends robustly and accurately over much longer time windows, as KAN precisely reconstructs the mechanistic functions despite data randomness. |
| DOI der Erstveröffentlichung: | 10.1016/j.idm.2025.12.006 |
| URL der Erstveröffentlichung: | https://doi.org/10.1016/j.idm.2025.12.006 |
| Link zu diesem Datensatz: | urn:nbn:de:bsz:291--ds-469655 hdl:20.500.11880/41121 http://dx.doi.org/10.22028/D291-46965 |
| ISSN: | 2468-0427 |
| Datum des Eintrags: | 12-Feb-2026 |
| Bezeichnung des in Beziehung stehenden Objekts: | Supplementary data |
| In Beziehung stehendes Objekt: | https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S2468042725001344-mmc1.pdf |
| Fakultät: | NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät |
| Fachrichtung: | NT - Pharmazie |
| Professur: | NT - Prof. Dr. Thorsten Lehr |
| Sammlung: | SciDok - Der Wissenschaftsserver der Universität des Saarlandes |
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