Partial Differential Equations (PDEs) with high dimensionality are commonly encountered in computational physics and engineering. However, finding solutions for these PDEs can be computationally expensive, making model-order reduction crucial. We propose such a data-driven scheme that automates the identification of the time-scales involved and can produce stable predictions forward in time as well as under different initial conditions not included in the training data. To this end, we combine a non-linear autoencoder architecture with a time-continuous model for the latent dynamics in the complex space. It readily allows for the inclusion of sparse and irregularly sampled training data. The learned, latent dynamics are interpretable and reveal the different temporal scales involved. We show that this data-driven scheme can automatically learn the independent processes that decompose a system of linear ODEs along the eigenvectors of the system's matrix. Apart from this, we demonstrate the applicability of the proposed framework in a hidden Markov Model and the (discretized) Kuramoto-Shivashinsky (KS) equation. Additionally, we propose a probabilistic version, which captures predictive uncertainties and further improves upon the results of the deterministic framework.


翻译:计算物理和工程领域中常遇到高维偏微分方程(PDE),但求解这些方程的计算成本高昂,因此模型降阶至关重要。我们提出了一种数据驱动方案,能够自动识别所涉及的时间尺度,并可在训练数据未包含的不同初始条件下实现向前时间的稳定预测。为此,我们将非线性自编码器架构与复数空间中潜在动力学的时间连续模型相结合,该模型可轻松处理稀疏和不规则采样的训练数据。学习到的潜在动力学具有可解释性,并能揭示所涉及的不同时间尺度。研究表明,该数据驱动方案可自动学习沿系统矩阵特征向量分解线性常微分方程系统的独立过程。此外,我们展示了该框架在隐马尔可夫模型和(离散化)Kuramoto-Shivashinsky(KS)方程中的适用性。同时,我们提出了一个概率版本,该版本可捕获预测不确定性并进一步改进确定性框架的结果。

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
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
【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
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
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 · 2017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 · 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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
9+阅读 · 6月14日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
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 · 2017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 · 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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员