In this work, we introduce a novel application of foundation models in the domain of nonlinear chemical process modeling. Given the challenges of obtaining accurate first-principles models for real-world chemical processes and the inefficiency of rebuilding and retraining models for new chemical processes, we pose a pivotal question: What if we could develop a single, universal neural network (i.e., foundation model) capable of rapidly adapting to modeling any new chemical process? To address this question, we propose a meta-learning-based approach using Reptile to construct the foundation model, followed by physics-informed adaptation to fine-tune it to new modeling tasks using only a few data samples. To assess the effectiveness of our methodology, we construct a foundation model for various chemical reactions in three classical generic reactors, including continuous stirred tank reactors (CSTRs), batch reactors (BRs), and plug flow reactors (PFRs). Our approach outperforms conventional methods such as data-driven learning, physics-informed learning, transfer learning, and pure meta-learning in a few-shot setting. Furthermore, our method achieves rapid adaptation to new CSTRs, BRs, and PFRs using only a few data samples from the designated tasks. Source code is available at https://github.com/killingbear999/chemical-process-foundation-model.


翻译:本文提出了一种将基础模型应用于非线性化工过程建模的新方法。针对实际化工过程中难以获取精确第一性原理模型,以及为新化工过程重建和重新训练模型效率低下的问题,我们提出一个关键问题:能否开发一个单一的通用神经网络(即基础模型),使其能够快速适应任何新化工过程的建模?为解决这一问题,我们提出了一种基于元学习的方法,利用Reptile算法构建基础模型,然后通过物理信息自适应方式,仅使用少量数据样本即可将其微调至新的建模任务。为评估该方法的有效性,我们针对三种经典通用反应器(连续搅拌釜式反应器CSTRs、间歇式反应器BRs和管式反应器PFRs)中的各类化学反应构建了基础模型。在少样本场景下,我们的方法优于数据驱动学习、物理信息学习、迁移学习和纯元学习等传统方法。此外,该方法仅需从指定任务中获取少量数据样本,即可快速适应新的CSTRs、BRs和PFRs。源代码获取地址:https://github.com/killingbear999/chemical-process-foundation-model。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12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
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年6月28日
VIP会员
最新内容
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
0+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
3+阅读 · 6月4日
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
4+阅读 · 6月4日
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
4+阅读 · 6月4日
《通往人工通用智能之路上的均衡策略》
专知会员服务
7+阅读 · 6月3日
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
17+阅读 · 6月2日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员