Forward uncertainty quantification (UQ) for partial differential equations is a many-query task that requires a significant number of model evaluations. The objective of this work is to mitigate the computational cost of UQ for a 3D-1D multiscale computational model of microcirculation. To this purpose, we present a deep learning enhanced multi-fidelity Monte Carlo (DL-MFMC) method that integrates the information of a multiscale full-order model (FOM) with that coming from a deep learning enhanced non-intrusive projection-based reduced order model (ROM). The latter is constructed by leveraging on proper orthogonal decomposition (POD) and mesh-informed neural networks (previously developed by the authors and co-workers), integrating diverse architectures that approximate POD coefficients while introducing fine-scale corrections for the microstructures. The DL-MFMC approach provides a robust estimator of specific quantities of interest and their associated uncertainties, with optimal management of computational resources. In particular, the computational budget is efficiently divided between training and sampling, ensuring a reliable estimation process suitably exploiting the ROM speed-up. Here, we apply the DL-MFMC technique to accelerate the estimation of biophysical quantities regarding oxygen transfer and radiotherapy outcomes. Compared to classical Monte Carlo methods, the proposed approach shows remarkable speed-ups and a substantial reduction of the overall computational cost.


翻译:偏微分方程的前向不确定性量化(UQ)是一项需要大量模型评估的多查询任务。本文旨在降低微循环三维-一维多尺度计算模型的不确定性量化计算成本。为此,我们提出了一种深度学习增强的多保真度蒙特卡洛(DL-MFMC)方法,该方法将多尺度全阶模型(FOM)的信息与深度学习增强的非侵入式投影降阶模型(ROM)的信息相结合。后者通过利用本征正交分解(POD)和网格感知神经网络(由作者及合作者先前开发)构建,集成了逼近POD系数并引入微结构细尺度修正的多种架构。DL-MFMC方法提供了目标物理量及其相关不确定性的稳健估计,并实现了计算资源的最优管理。具体而言,计算预算在训练与采样间高效分配,确保利用ROM加速特性实现可靠的估计过程。本文将DL-MFMC技术应用于加速氧传输及放疗结果相关的生物物理量估计。与经典蒙特卡洛方法相比,所提方法展现出显著加速效果,并大幅降低了总体计算成本。

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/
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
国家自然科学基金
2+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
1+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
0+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
0+阅读 · 2015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
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:33
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:43
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:38
《美空军条令出版物 4-0,维持》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:32
《基于仿真的空军任务规划优化》
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:21
相关资讯
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
国家自然科学基金
2+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
1+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
0+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
0+阅读 · 2015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
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员