When estimating quantities and fields that are difficult to measure directly, such as the fluidity of ice, from point data sources, such as satellite altimetry, it is important to solve a numerical inverse problem that is formulated with Bayesian consistency. Otherwise, the resultant probability density function for the difficult to measure quantity or field will not be appropriately clustered around the truth. In particular, the inverse problem should be formulated by evaluating the numerical solution at the true point locations for direct comparison with the point data source. If the data are first fitted to a gridded or meshed field on the computational grid or mesh, and the inverse problem formulated by comparing the numerical solution to the fitted field, the benefits of additional point data values below the grid density will be lost. We demonstrate, with examples in the fields of groundwater hydrology and glaciology, that a consistent formulation can increase the accuracy of results and aid discourse between modellers and observationalists. To do this, we bring point data into the finite element method ecosystem as discontinuous fields on meshes of disconnected vertices. Point evaluation can then be formulated as a finite element interpolation operation (dual-evaluation). This new abstraction is well-suited to automation, including automatic differentiation. We demonstrate this through implementation in Firedrake, which generates highly optimised code for solving PDEs with the finite element method. Our solution integrates with dolfin-adjoint/pyadjoint, allowing PDE-constrained optimisation problems, such as data assimilation, to be solved through forward and adjoint mode automatic differentiation.


翻译:在从卫星测高等点数据源估计难以直接测量的量(如冰流动性)时,必须以贝叶斯一致性方式构建数值反问题。否则,所得到的关于这些难以测量量或场的概率密度函数将无法恰当集中在真实值附近。具体而言,反问题应通过直接在真实点位置处评估数值解以与点数据源进行对比来构建。如果先将数据拟合到计算网格上的插值场,再通过比较数值解与拟合场来构建反问题,则将丢失网格密度以下额外点数据值带来的优势。我们通过地下水文学和冰川学领域的实例证明,一致性的公式化表述能提高结果精度并促进建模者与观测者之间的交流。为此,我们将点数据作为由孤立顶点构成的网格上的不连续场引入有限元方法生态系统中。点评估可被表述为有限元插值操作(对偶评估)。这种新的抽象方法非常适合自动化,包括自动微分。我们通过Firedrake中的实现展示了这一点,该实现能生成用于求解偏微分方程的有限元方法的高优化代码。我们的解决方案集成了dolfin-adjoint/pyadjoint,使得数据同化等偏微分方程约束优化问题可通过正向和伴随模式自动微分求解。

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
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26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
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9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
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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012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 · 2008年12月31日
Arxiv
1+阅读 · 2023年6月5日
VIP会员
最新内容
从采集到决策:美军视角下的战术情报范式重构
专知会员服务
0+阅读 · 今天2:42
《履带式无人地面战车技术发展现状》
专知会员服务
2+阅读 · 今天1:46
《无人机脆弱性利用:网络空间力量的新域》
专知会员服务
2+阅读 · 8月1日
美空军如何将人工智能从战场部署至后方机关
专知会员服务
11+阅读 · 7月31日
《史诗怒火行动:多域前瞻评估》49页报告
专知会员服务
7+阅读 · 7月31日
《英国防部:未来空战系统数字化战略》33页
专知会员服务
5+阅读 · 7月31日
《面向自主飞行网络的智能体人工智能架构》
专知会员服务
7+阅读 · 7月31日
相关VIP内容
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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012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 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员