We present a domain decomposition strategy for developing structure-preserving finite element discretizations from data when exact governing equations are unknown. On subdomains, trainable Whitney form elements are used to identify structure-preserving models from data, providing a Dirichlet-to-Neumann map which may be used to globally construct a mortar method. The reduced-order local elements may be trained offline to reproduce high-fidelity Dirichlet data in cases where first principles model derivation is either intractable, unknown, or computationally prohibitive. In such cases, particular care must be taken to preserve structure on both local and mortar levels without knowledge of the governing equations, as well as to ensure well-posedness and stability of the resulting monolithic data-driven system. This strategy provides a flexible means of both scaling to large systems and treating complex geometries, and is particularly attractive for multiscale problems with complex microstructure geometry. While consistency is traditionally obtained in finite element methods via quasi-optimality results and the Bramble-Hilbert lemma as the local element diameter $h\rightarrow0$, our analysis establishes notions of accuracy and stability for finite h with accuracy coming from matching data. Numerical experiments and analysis establish properties for $H(\operatorname{div})$ problems in small data limits ($\mathcal{O}(1)$ reference solutions).


翻译:本文提出了一种域分解策略,用于在精确控制方程未知的情况下,从数据中开发结构保持的有限元离散格式。在子域上,采用可训练的Whitney形式单元从数据中识别结构保持模型,提供狄利克雷-诺伊曼映射,该映射可用于全局构造砂浆法。在第一性原理模型推导难以处理、未知或计算成本过高的情况下,可通过离线训练降阶局部单元来复现高保真度的狄利克雷数据。在此类情形中,需特别注意在未知控制方程的情况下,保持局部层面和砂浆层面的结构,并确保最终整体数据驱动系统的适定性和稳定性。该策略为大规模系统扩展和复杂几何处理提供了灵活手段,特别适用于具有复杂微观结构几何的多尺度问题。传统有限元方法通过准最优性结果和Bramble-Hilbert引理在局部单元直径$h\rightarrow0$时获得一致性,而我们的分析建立了有限h情况下的精度与稳定性概念,其精度来源于对数据的匹配。数值实验与分析确立了$H(\operatorname{div})$问题在小数据极限($\mathcal{O}(1)$参考解)下的性质。

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/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
13+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
1+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
VIP会员
最新内容
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
5+阅读 · 今天8:46
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
8+阅读 · 今天5:37
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
6+阅读 · 今天5:35
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天5:24
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
7+阅读 · 4月23日
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
3+阅读 · 4月23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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
13+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
1+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员