Neural operators as novel neural architectures for fast approximating solution operators of partial differential equations (PDEs), have shown considerable promise for future scientific computing. However, the mainstream of training neural operators is still data-driven, which needs an expensive ground-truth dataset from various sources (e.g., solving PDEs' samples with the conventional solvers, real-world experiments) in addition to training stage costs. From a computational perspective, marrying operator learning and specific domain knowledge to solve PDEs is an essential step in reducing dataset costs and label-free learning. We propose a novel paradigm that provides a unified framework of training neural operators and solving PDEs with the variational form, which we refer to as the variational operator learning (VOL). Ritz and Galerkin approach with finite element discretization are developed for VOL to achieve matrix-free approximation of system functional and residual, then direct minimization and iterative update are proposed as two optimization strategies for VOL. Various types of experiments based on reasonable benchmarks about variable heat source, Darcy flow, and variable stiffness elasticity are conducted to demonstrate the effectiveness of VOL. With a label-free training set and a 5-label-only shift set, VOL learns solution operators with its test errors decreasing in a power law with respect to the amount of unlabeled data. To the best of the authors' knowledge, this is the first study that integrates the perspectives of the weak form and efficient iterative methods for solving sparse linear systems into the end-to-end operator learning task.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12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 · 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
相关资讯
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12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
2+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员