Neural network subgrid stress models often have a priori performance that is far better than the a posteriori performance, leading to neural network models that look very promising a priori completely failing in a posteriori Large Eddy Simulations (LES). This performance gap can be decreased by combining two different methods, training data augmentation and reducing input complexity to the neural network. Augmenting the training data with two different filters before training the neural networks has no performance degradation a priori as compared to a neural network trained with one filter. A posteriori, neural networks trained with two different filters are far more robust across two different LES codes with different numerical schemes. In addition, by ablating away the higher order terms input into the neural network, the a priori versus a posteriori performance changes become less apparent. When combined, neural networks that use both training data augmentation and a less complex set of inputs have a posteriori performance far more reflective of their a priori evaluation.


翻译:神经网络亚网格应力模型通常表现出远优于后验性能的先验性能,导致在先验评估中极具潜力的神经网络模型在大涡模拟(LES)的后验测试中完全失效。通过结合两种不同方法——训练数据增强与降低神经网络输入复杂度——可有效缩小这一性能差距。在训练神经网络前,使用两种不同滤波器对训练数据进行增强,相较于仅使用单一滤波器训练的神经网络,其先验性能未见下降。后验测试表明,采用两种不同滤波器训练的神经网络在两种具有不同数值格式的LES代码中表现出更强的鲁棒性。此外,通过消融神经网络输入的高阶项,先验与后验性能之间的差异变得不再显著。当同时采用训练数据增强与简化输入集时,神经网络的后验性能能更准确地反映其先验评估结果。

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人工神经网络(Artificial Neural Network,即ANN ),是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象, 建立某种简单模型,按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型,由大量的节点(或称神经元)之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数,称为激励函数(activation function)。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值,称之为权重,这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式,权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近,也可能是对一种逻辑策略的表达。 最近十多年来,人工神经网络的研究工作不断深入,已经取得了很大的进展,其在模式识别、智能机器人、自动控制、预测估计、生物、医学、经济等领域已成功地解决了许多现代计算机难以解决的实际问题,表现出了良好的智能特性。
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