Numerical simulations provide key insights into many physical, real-world problems. However, while these simulations are solved on a full 3D domain, most analysis only require a reduced set of metrics (e.g. plane-level concentrations). This work presents a hybrid physics-neural model that predicts scalar transport in a complex domain orders of magnitude faster than the 3D simulation (from hours to less than 1 min). This end-to-end differentiable framework jointly learns the physical model parameterization (i.e. orthotropic diffusivity) and a non-Markovian neural closure model to capture unresolved, 'coarse-grained' effects, thereby enabling stable, long time horizon rollouts. This proposed model is data-efficient (learning with 26 training data), and can be flexibly extended to an out-of-distribution scenario (with a moving source), achieving a Spearman correlation coefficient of 0.96 at the final simulation time. Overall results show that this differentiable physics-neural framework enables fast, accurate, and generalizable coarse-grained surrogates for physical phenomena.


翻译:数值模拟为许多物理及现实问题提供了关键洞见。然而,尽管这些模拟在完整三维域上求解,大多数分析仅需简化后的度量集(例如平面层级浓度)。本研究提出一种混合物理-神经模型,可在复杂域中预测标量输运,其速度比三维模拟快数个数量级(从数小时缩短至不足1分钟)。该端到端可微分框架联合学习物理模型参数化(即正交各向异性扩散率)与非马尔可夫神经闭合模型,以捕捉未解析的'粗粒度'效应,从而实现稳定、长时域的推演。所提模型具有数据高效性(仅需26个训练数据即可学习),并可灵活扩展至分布外场景(如移动源),在最终模拟时刻达到0.96的斯皮尔曼相关系数。总体结果表明,这种可微分物理-神经框架能够为物理现象构建快速、精确且可泛化的粗粒度代理模型。

0
下载
关闭预览

相关内容

【NeurIPS2024】几何轨迹扩散模型
专知会员服务
24+阅读 · 2024年10月20日
【CVPR2022】MSDN: 零样本学习的互语义蒸馏网络
专知会员服务
21+阅读 · 2022年3月8日
AAAI 2022 | ProtGNN:自解释图神经网络
专知会员服务
40+阅读 · 2022年2月28日
【AAAI 2022】 GeomGCL:用于分子性质预测的几何图对比学习
专知会员服务
24+阅读 · 2022年2月27日
【NeurIPS2021】组合能量概念无监督学习
专知会员服务
14+阅读 · 2021年11月5日
AAAI 2022 | ProtGNN:自解释图神经网络
专知
10+阅读 · 2022年2月28日
【CVPR 2020 Oral】小样本类增量学习
专知
20+阅读 · 2020年6月26日
图机器学习 2.2-2.4 Properties of Networks, Random Graph
图与推荐
10+阅读 · 2020年3月28日
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016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
47+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
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
18+阅读 · 2024年12月27日
A Survey of Large Language Models
Arxiv
501+阅读 · 2023年3月31日
VIP会员
最新内容
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
0+阅读 · 20分钟前
多智能体协作机制
专知会员服务
0+阅读 · 24分钟前
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:39
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
5+阅读 · 今天2:48
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
8+阅读 · 今天2:43
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
6+阅读 · 4月24日
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
8+阅读 · 4月24日
《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
13+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
4+阅读 · 4月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016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
47+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
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员