When introducing physics-constrained deep learning solutions to the volumetric super-resolution of scientific data, the training is challenging to converge and always time-consuming. We propose a new hierarchical sampling method based on octree to solve these difficulties. In our approach, scientific data is preprocessed before training, and a hierarchical octree-based data structure is built to guide sampling on the latent context grid. Each leaf node in the octree corresponds to an indivisible subblock of the volumetric data. The dimensions of the subblocks are different, making the number of sample points in each randomly cropped training data block to be adaptive. We reconstruct the octree at intervals according to loss distribution to perform the multi-stage training. With the Rayleigh-B\'enard convection problem, we deploy our method to state-of-the-art models. We constructed adequate experiments to evaluate the training performance and model accuracy of our method. Experiments indicate that our sampling optimization improves the convergence performance of physics-constrained deep learning super-resolution solutions. Furthermore, the sample points and training time are significantly reduced with no drop in model accuracy. We also test our method in training tasks of other deep neural networks, and the results show our sampling optimization has extensive effectiveness and applicability. The code is publicly available at https://github.com/xinjiewang/octree-based_sampling.


翻译:将物理约束深度学习引入科学数据的体超分辨率时,训练难以收敛且耗时巨大。我们提出一种基于八叉树的新型层次化采样方法来解决上述难题。该方法在训练前对科学数据进行预处理,构建基于八叉树的层次数据结构以指导潜在上下文网格上的采样。八叉树中每个叶节点对应体数据的一个不可分割子块,各子块维度不同,使得随机裁剪的每个训练数据块中的采样点数量自适应调整。我们根据损失分布定期重建八叉树以实现多阶段训练。针对瑞利-贝纳德对流问题,我们将该方法部署到最先进模型中,并通过充分实验评估训练性能与模型精度。实验表明,我们的采样优化提升了物理约束深度学习超分辨率解决方案的收敛性能。同时,在模型精度不降低的前提下,采样点数量与训练时间显著减少。我们还在其他深度神经网络的训练任务中测试了该方法,结果表明该采样优化具有广泛有效性和适用性。代码公开于:https://github.com/xinjiewang/octree-based_sampling

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
45+阅读 · 2020年12月18日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
A Survey of Deep Learning for Scientific Discovery
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月26日
Meta-Transfer Learning for Zero-Shot Super-Resolution
Arxiv
43+阅读 · 2020年2月27日
VIP会员
最新内容
综述 | Self-Evolving Coding Agents:自进化编程智能体
专知会员服务
0+阅读 · 今天13:16
美海军陆战队将三型无人机整合入统一战场网络
专知会员服务
2+阅读 · 今天9:39
《无人机蜂群:释放人类-蜂群编队的潜能》
专知会员服务
4+阅读 · 今天9:12
《战略战术化:一项综合性述评》
专知会员服务
2+阅读 · 今天9:08
美陆军-工业界协同推进反无人机系统技术发展
专知会员服务
1+阅读 · 今天8:46
《跨域指挥背景下的领导力发展》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天8:40
俄乌无人机战争的六大启示
专知会员服务
10+阅读 · 8月3日
《无人机空中监控:通信实验洞察》
专知会员服务
8+阅读 · 8月3日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员