In PDE-constrained optimization, one aims to find design parameters that minimize some objective, subject to the satisfaction of a partial differential equation. A major challenges is computing gradients of the objective to the design parameters, as applying the chain rule requires computing the Jacobian of the design parameters to the PDE's state. The adjoint method avoids this Jacobian by computing partial derivatives of a Lagrangian. Evaluating these derivatives requires the solution of a second PDE with the adjoint differential operator to the constraint, resulting in a backwards-in-time simulation. Particle-based Monte Carlo solvers are often used to compute the solution to high-dimensional PDEs. However, such solvers have the drawback of introducing noise to the computed results, thus requiring stochastic optimization methods. To guarantee convergence in this setting, both the constraint and adjoint Monte Carlo simulations should simulate the same particle trajectories. For large simulations, storing full paths from the constraint equation for re-use in the adjoint equation becomes infeasible due to memory limitations. In this paper, we provide a reversible extension to the family of permuted congruential pseudorandom number generators (PCG). We then use such a generator to recompute these time-reversed paths for the heat equation, avoiding these memory issues.


翻译:在偏微分方程约束优化中,目标是在满足偏微分方程的条件下寻找使目标函数最小化的设计参数。主要挑战在于计算目标函数对设计参数的梯度,因为应用链式法则需要计算设计参数对偏微分方程状态的雅可比矩阵。伴随方法通过计算拉格朗日函数的偏导数避免了这一雅可比矩阵。计算这些偏导数需要求解一个具有伴随微分算子的第二偏微分方程,从而产生时间回溯模拟。基于粒子的蒙特卡洛求解器常用于计算高维偏微分方程的解。然而,这类求解器存在在计算结果中引入噪声的缺陷,因而需要随机优化方法。为保证在此场景下的收敛性,约束方程和伴随蒙特卡洛模拟应模拟相同的粒子轨迹。对于大规模模拟,因存储约束方程完整路径供伴随方程重用的方式受限于内存而不可行。本文提出了一种可逆扩展的置换同余伪随机数生成器(PCG)族。进而利用该生成器对热方程的时间回溯路径进行重新计算,从而避免了这些内存问题。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
ExBert — 可视化分析Transformer学到的表示
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月16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
【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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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
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
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
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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年2月11日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:35
KDD 2026 | MixRAGRec:面向LLM推荐的混合专家KG-RAG框架
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
14+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
相关资讯
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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
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
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
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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员