Closure problems are omnipresent when simulating multiscale systems, where some quantities and processes cannot be fully prescribed despite their effects on the simulation's accuracy. Recently, scientific machine learning approaches have been proposed as a way to tackle the closure problem, combining traditional (physics-based) modeling with data-driven (machine-learned) techniques, typically through enriching differential equations with neural networks. This paper reviews the different reduced model forms, distinguished by the degree to which they include known physics, and the different objectives of a priori and a posteriori learning. The importance of adhering to physical laws (such as symmetries and conservation laws) in choosing the reduced model form and choosing the learning method is discussed. The effect of spatial and temporal discretization and recent trends toward discretization-invariant models are reviewed. In addition, we make the connections between closure problems and several other research disciplines: inverse problems, Mori-Zwanzig theory, and multi-fidelity methods. In conclusion, much progress has been made with scientific machine learning approaches for solving closure problems, but many challenges remain. In particular, the generalizability and interpretability of learned models is a major issue that needs to be addressed further.


翻译:封闭问题在多尺度系统模拟中普遍存在,其中某些量值及过程虽影响模拟精度却无法完全描述。近年来,科学机器学习方法被提出以应对封闭问题,该方法结合传统(基于物理的)建模与数据驱动(机器学习)技术,通常通过神经网络丰富微分方程实现。本文综述了不同简化模型形式——根据其对已知物理规律的包含程度区分,以及先验学习与后验学习的差异化目标。探讨了在选择简化模型形式与学习算法时遵循物理定律(如对称性与守恒律)的重要性,同时分析了时空离散化对模型的影响,以及近期向离散化不变模型发展的趋势。此外,本文建立了封闭问题与逆问题、Mori-Zwanzig理论、多保真度方法等若干研究领域的联系。总体而言,科学机器学习方法在解决封闭问题方面已取得重要进展,但仍面临诸多挑战,尤其是学习模型的泛化性与可解释性有待进一步解决。

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/
【斯坦福大学】矩阵对策的协调方法,89页pdf
专知会员服务
27+阅读 · 2020年9月18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
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年3月16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
【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
基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
12+阅读 · 2020年7月21日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 基于开放世界的知识图谱补全
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年7月3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
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
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
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
VIP会员
最新内容
2026“人工智能+”行业发展蓝皮书(附下载)
专知会员服务
7+阅读 · 今天12:11
《强化学习数学基础》
专知会员服务
4+阅读 · 今天12:07
“Maven计划”的发展演变之“Maven智能系统”应用
《无人机革命:来自俄乌战场的启示》(报告)
专知会员服务
9+阅读 · 今天6:48
《实现联合作战能力所需的技术》58页报告
专知会员服务
5+阅读 · 今天6:30
以色列运用人工智能优化空袭警报系统
专知会员服务
5+阅读 · 今天6:20
以色列在多条战线部署AI智能体
专知会员服务
7+阅读 · 今天6:12
相关VIP内容
相关资讯
相关基金
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
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
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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员