Complex systems often show macroscopic coherent behavior due to the interactions of microscopic agents like molecules, cells, or individuals in a population with their environment. However, simulating such systems poses several computational challenges during simulation as the underlying dynamics vary and span wide spatiotemporal scales of interest. To capture the fast-evolving features, finer time steps are required while ensuring that the simulation time is long enough to capture the slow-scale behavior, making the analyses computationally unmanageable. This paper showcases how deep learning techniques can be used to develop a precise time-stepping approach for multiscale systems using the joint discovery of coordinates and flow maps. While the former allows us to represent the multiscale dynamics on a representative basis, the latter enables the iterative time-stepping estimation of the reduced variables. The resulting framework achieves state-of-the-art predictive accuracy while incurring lesser computational costs. We demonstrate this ability of the proposed scheme on the large-scale Fitzhugh Nagumo neuron model and the 1D Kuramoto-Sivashinsky equation in the chaotic regime.


翻译:复杂系统通常由于微观主体(如分子、细胞或群体中的个体)与其环境的相互作用而表现出宏观相干行为。然而,模拟此类系统在仿真过程中面临若干计算挑战,因为其底层动力学存在差异且跨越了广泛的时空尺度。为捕捉快速演化的特征,需要采用更精细的时间步长,同时确保仿真时间足够长以捕获慢尺度行为,这使得分析在计算上难以处理。本文展示了如何利用深度学习技术,通过坐标与流映射的联合发现,为多尺度系统开发一种精确的时间步进方法。前者使我们能够在代表性基上表示多尺度动力学,而后者则能对约简变量进行迭代的时间步进估计。所得框架在实现最先进预测精度的同时,计算成本更低。我们在大规模Fitzhugh-Nagumo神经元模型和混沌状态下的1D Kuramoto-Sivashinsky方程上验证了所提方案的这一能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

物理学中的高级深度学习
专知会员服务
20+阅读 · 2025年12月9日
【博士论文】基于机器学习的计算优化
专知会员服务
21+阅读 · 2025年4月13日
【KDD2020教程】多模态网络表示学习
专知会员服务
132+阅读 · 2020年8月26日
深度多模态表示学习综述论文,22页pdf
专知
33+阅读 · 2020年6月21日
多模态深度学习综述,18页pdf
专知
51+阅读 · 2020年3月29日
专家报告|深度学习+图像多模态融合
中国图象图形学报
12+阅读 · 2019年10月23日
深度学习应用在图像匹配的效果如何?
中国图象图形学报
10+阅读 · 2019年6月11日
用深度学习揭示数据的因果关系
专知
28+阅读 · 2019年5月18日
迁移学习在深度学习中的应用
专知
24+阅读 · 2017年12月24日
国家自然科学基金
3+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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
面向具身智能与机器人仿真的三维生成:综述
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:22
《新兴技术武器化及其对全球风险的影响》
专知会员服务
8+阅读 · 4月29日
《帕兰泰尔平台介绍:信息分析平台》
专知会员服务
21+阅读 · 4月29日
相关资讯
深度多模态表示学习综述论文,22页pdf
专知
33+阅读 · 2020年6月21日
多模态深度学习综述,18页pdf
专知
51+阅读 · 2020年3月29日
专家报告|深度学习+图像多模态融合
中国图象图形学报
12+阅读 · 2019年10月23日
深度学习应用在图像匹配的效果如何?
中国图象图形学报
10+阅读 · 2019年6月11日
用深度学习揭示数据的因果关系
专知
28+阅读 · 2019年5月18日
迁移学习在深度学习中的应用
专知
24+阅读 · 2017年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
3+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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员