We propose the Factorized Fourier Neural Operator (F-FNO), a learning-based approach for simulating partial differential equations (PDEs). Starting from a recently proposed Fourier representation of flow fields, the F-FNO bridges the performance gap between pure machine learning approaches to that of the best numerical or hybrid solvers. This is achieved with new representations - separable spectral layers and improved residual connections - and a combination of training strategies such as the Markov assumption, Gaussian noise, and cosine learning rate decay. On several challenging benchmark PDEs on regular grids, structured meshes, and point clouds, the F-FNO can scale to deeper networks and outperform both the FNO and the geo-FNO, reducing the error by 83% on the Navier-Stokes problem, 31% on the elasticity problem, 57% on the airfoil flow problem, and 60% on the plastic forging problem. Compared to the state-of-the-art pseudo-spectral method, the F-FNO can take a step size that is an order of magnitude larger in time and achieve an order of magnitude speedup to produce the same solution quality.


翻译:我们提出因子化傅里叶神经算子(F-FNO),这是一种基于学习的偏微分方程(PDE)模拟方法。基于最近提出的流场傅里叶表示,F-FNO 弥合了纯机器学习方法与最优数值或混合求解器之间的性能差距。这一成果通过新的表示形式——可分离谱层与改进的残差连接——以及结合马尔可夫假设、高斯噪声和余弦学习率衰减等训练策略实现。在多个具有挑战性的基准PDE问题(涵盖规则网格、结构化网格和点云)上,F-FNO 可扩展至更深网络,并优于 FNO 和 geo-FNO,在Navier-Stokes问题中误差降低83%,弹性问题中降低31%,翼型流动问题中降低57%,塑性锻造问题中降低60%。与最先进的伪谱方法相比,F-FNO 在时间步长上可增大一个数量级,并在产生相同解质量的情况下实现一个数量级的加速。

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
剑桥大学《数据科学: 原理与实践》课程,附PPT下载
专知会员服务
54+阅读 · 2021年1月20日
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
74+阅读 · 2020年8月2日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16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
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6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
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
NIPS 2017:贝叶斯深度学习与深度贝叶斯学习(讲义+视频)
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年12月10日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15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
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 · 2013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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
An Overview on Machine Translation Evaluation
Arxiv
14+阅读 · 2022年2月22日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
19+阅读 · 2021年2月4日
Arxiv
13+阅读 · 2019年11月14日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
Arxiv
23+阅读 · 2018年10月1日
VIP会员
最新内容
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
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22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
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6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
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
NIPS 2017:贝叶斯深度学习与深度贝叶斯学习(讲义+视频)
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年12月10日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15日
相关论文
An Overview on Machine Translation Evaluation
Arxiv
14+阅读 · 2022年2月22日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
19+阅读 · 2021年2月4日
Arxiv
13+阅读 · 2019年11月14日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
Arxiv
23+阅读 · 2018年10月1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
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
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 · 2013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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员