We study the Langevin dynamics of a physical system with manifold structure $\mathcal{M}\subset\mathbb{R}^p$ based on collected sample points $\{\mathsf{x}_i\}_{i=1}^n \subset \mathcal{M}$ that probe the unknown manifold $\mathcal{M}$. Through the diffusion map, we first learn the reaction coordinates $\{\mathsf{y}_i\}_{i=1}^n\subset \mathcal{N}$ corresponding to $\{\mathsf{x}_i\}_{i=1}^n$, where $\mathcal{N}$ is a manifold diffeomorphic to $\mathcal{M}$ and isometrically embedded in $\mathbb{R}^\ell$ with $\ell \ll p$. The induced Langevin dynamics on $\mathcal{N}$ in terms of the reaction coordinates captures the slow time scale dynamics such as conformational changes in biochemical reactions. To construct an efficient and stable approximation for the Langevin dynamics on $\mathcal{N}$, we leverage the corresponding Fokker-Planck equation on the manifold $\mathcal{N}$ in terms of the reaction coordinates $\mathsf{y}$. We propose an implementable, unconditionally stable, data-driven finite volume scheme for this Fokker-Planck equation, which automatically incorporates the manifold structure of $\mathcal{N}$. Furthermore, we provide a weighted $L^2$ convergence analysis of the finite volume scheme to the Fokker-Planck equation on $\mathcal{N}$. The proposed finite volume scheme leads to a Markov chain on $\{\mathsf{y}_i\}_{i=1}^n$ with an approximated transition probability and jump rate between the nearest neighbor points. After an unconditionally stable explicit time discretization, the data-driven finite volume scheme gives an approximated Markov process for the Langevin dynamics on $\mathcal{N}$ and the approximated Markov process enjoys detailed balance, ergodicity, and other good properties.


翻译:我们根据采集的样本点 $ @mathsf{M ⁇ subset\mathbr{m}R ⁇ p$,研究一个具有多元结构的物理系统的兰尼文动态 $mathcal{M} 。通过扩散地图,我们首先了解反应坐标 $mathsf{y}i=1}n\xxxxxxxxxmacal{N}美元对应的美元 maxlical=macration $, $\mascl=1\mascal{m} =1美元 countre specials, 美元马氏premodition=$mall=$masmacal=pilation $milational_modeal_modeal=xxxxxxxxxxcal_cal_cal_ial_ial_ical_ial_ial_i=1美元, mocial_mologyral_mologyal dal dal dal mologyal mologyal dal=xxxxxal modeal=xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalalal

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