Gradient-based meta-learning methods have primarily been applied to classical machine learning tasks such as image classification. Recently, PDE-solving deep learning methods, such as neural operators, are starting to make an important impact on learning and predicting the response of a complex physical system directly from observational data. Since the data acquisition in this context is commonly challenging and costly, the call of utilization and transfer of existing knowledge to new and unseen physical systems is even more acute. Herein, we propose a novel meta-learning approach for neural operators, which can be seen as transferring the knowledge of solution operators between governing (unknown) PDEs with varying parameter fields. Our approach is a provably universal solution operator for multiple PDE solving tasks, with a key theoretical observation that underlying parameter fields can be captured in the first layer of neural operator models, in contrast to typical final-layer transfer in existing meta-learning methods. As applications, we demonstrate the efficacy of our proposed approach on PDE-based datasets and a real-world material modeling problem, illustrating that our method can handle complex and nonlinear physical response learning tasks while greatly improving the sampling efficiency in unseen tasks.


翻译:基于梯度的元学习方法主要应用于图像分类等经典机器学习任务。近年来,诸如神经算子等求解偏微分方程的深度学习方法,在直接通过观测数据学习和预测复杂物理系统响应方面开始发挥重要作用。由于此类场景中数据采集通常具有挑战性且成本高昂,因此将现有知识迁移至新的、未见物理系统的需求显得尤为迫切。本文提出了一种适用于神经算子的新型元学习方法,可视为在具有可变参数场的未知偏微分方程之间迁移解算子的知识。该方法是一个可证明为通用解算器的多元偏微分方程求解方案,其关键理论发现是:与现有元学习方法中典型的最后一层迁移不同,底层参数场可以被神经算子模型的第一层捕获。作为应用,我们在基于偏微分方程的数据集和真实材料建模问题上验证了所提方法的有效性,表明该方法能够处理复杂非线性物理响应学习任务,同时显著提升未见任务中的采样效率。

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
【如何做研究】How to research ,22页ppt
专知会员服务
114+阅读 · 2021年4月17日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26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
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
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
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
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 · 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
Arxiv
14+阅读 · 2021年7月20日
Meta-Learning to Cluster
Arxiv
18+阅读 · 2019年10月30日
Arxiv
26+阅读 · 2019年3月5日
VIP会员
最新内容
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
0+阅读 · 13分钟前
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
0+阅读 · 29分钟前
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
0+阅读 · 39分钟前
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
0+阅读 · 54分钟前
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
4+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
4+阅读 · 6月23日
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
相关VIP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
【如何做研究】How to research ,22页ppt
专知会员服务
114+阅读 · 2021年4月17日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26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
相关资讯
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
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
相关基金
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
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 · 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