Equations, particularly differential equations, are fundamental for understanding natural phenomena and predicting complex dynamics across various scientific and engineering disciplines. However, the governing equations for many complex systems remain unknown due to intricate underlying mechanisms. Recent advancements in machine learning and data science offer a new paradigm for modeling unknown equations from measurement or simulation data. This paradigm shift, known as data-driven discovery or modeling, stands at the forefront of AI for science, with significant progress made in recent years. In this paper, we introduce a systematic framework for data-driven modeling of unknown equations using deep learning. This versatile framework is capable of learning unknown ODEs, PDEs, DAEs, IDEs, SDEs, reduced or partially observed systems, and non-autonomous differential equations. Based on this framework, we have developed Deep Unknown Equations (DUE), an open-source software package designed to facilitate the data-driven modeling of unknown equations using modern deep learning techniques. DUE serves as an educational tool for classroom instruction, enabling students and newcomers to gain hands-on experience with differential equations, data-driven modeling, and contemporary deep learning approaches such as FNN, ResNet, generalized ResNet, operator semigroup networks (OSG-Net), and Transformers. Additionally, DUE is a versatile and accessible toolkit for researchers across various scientific and engineering fields. It is applicable not only for learning unknown equations from data but also for surrogate modeling of known, yet complex, equations that are costly to solve using traditional numerical methods. We provide detailed descriptions of DUE and demonstrate its capabilities through diverse examples, which serve as templates that can be easily adapted for other applications.


翻译:暂无翻译

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
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
31+阅读 · 2019年10月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
2+阅读 · 2015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
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
2+阅读 · 2015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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员