A statistical emulator can be used as a surrogate of complex physics-based calculations to drastically reduce the computational cost. Its successful implementation hinges on an accurate representation of the nonlinear response surface with a high-dimensional input space. Conventional "space-filling" designs, including random sampling and Latin hypercube sampling, become inefficient as the dimensionality of the input variables increases, and the predictive accuracy of the emulator can degrade substantially for a test input distant from the training input set. To address this fundamental challenge, we develop a reliable emulator for predicting complex functionals by active learning with error control (ALEC). The algorithm is applicable to infinite-dimensional mapping with high-fidelity predictions and a controlled predictive error. The computational efficiency has been demonstrated by emulating the classical density functional theory (cDFT) calculations, a statistical-mechanical method widely used in modeling the equilibrium properties of complex molecular systems. We show that ALEC is much more accurate than conventional emulators based on the Gaussian processes with "space-filling" designs and alternative active learning methods. Besides, it is computationally more efficient than direct cDFT calculations. ALEC can be a reliable building block for emulating expensive functionals owing to its minimal computational cost, controllable predictive error, and fully automatic features.


翻译:统计仿真器可作为基于复杂物理计算的高效替代模型,大幅降低计算成本。其成功实施依赖于对具有高维输入空间的非线性响应曲面的精确表征。当输入变量维度增加时,传统的"空间填充"设计(包括随机采样和拉丁超立方采样)效率会显著下降,且对于远离训练输入集的测试输入,仿真器的预测精度可能大幅退化。为应对这一根本性挑战,我们开发了一种通过主动学习与误差控制(ALEC)实现复杂泛函预测的可靠仿真器。该算法适用于无限维映射,具备高保真预测能力与可控预测误差。通过模拟经典密度泛函理论(cDFT)计算——一种广泛应用于复杂分子系统平衡性质建模的统计力学方法——验证了其计算效率。研究表明,ALEC的精度远高于基于高斯过程与"空间填充"设计的传统仿真器及替代主动学习方法。同时,其计算效率优于直接cDFT计算。凭借最小化计算成本、可控预测误差与全自动特性,ALEC可作为仿真昂贵泛函的可靠基础模块。

0
下载
关闭预览

相关内容

【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
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
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10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
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29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 · 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
1+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 · 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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月11日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月9日
VIP会员
最新内容
CVPR 2026教程:统一多模态模型走向收敛之路
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:41
《人工智能在网络防御中的机遇》
专知会员服务
3+阅读 · 今天12:49
认知战:定义与能力发展
专知会员服务
4+阅读 · 今天9:25
乌军利用美国“黄蜂”无人机摧毁俄军后勤
专知会员服务
7+阅读 · 6月7日
《支持作战级人机协同智能的交互式OODA流程》
专知会员服务
15+阅读 · 6月7日
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
8+阅读 · 6月6日
相关资讯
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29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 · 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
1+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 · 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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员