We propose a novel \textit{capsule} based deep encoder-decoder model for surrogate modeling and uncertainty quantification of systems in mechanics from sparse data. The proposed framework is developed by adapting Capsule Network (CapsNet) architecture into image-to-image regression encoder-decoder network. Specifically, the aim is to exploit the benefits of CapsNet over convolution neural network (CNN) $-$ retaining pose and position information related to an entity to name a few. The performance of proposed approach is illustrated by solving an elliptic stochastic partial differential equation (SPDE), which also governs systems in mechanics such as steady heat conduction, ground water flow or other diffusion processes, based uncertainty quantification problem with an input dimensionality of $1024$. However, the problem definition does not the restrict the random diffusion field to a particular covariance structure, and the more strenuous task of response prediction for an arbitrary diffusion field is solved. The obtained results from performance evaluation indicate that the proposed approach is accurate, efficient, and robust.


翻译:我们提议了一个基于新颖的 \ textit{ capsule} 的深重编码计算器模型模型,用于根据稀有数据对机械系统进行替代模型和不确定性量化。拟议框架是通过将 Capsule 网络(CapsNet) 结构改造成图像到图像回归编码-decoder 网络来开发的。具体地说,目的是利用CapsNet 的好处来取代 convolution 神经网络(CNN), 以$- $ 来保留与一个实体有关的形象和定位信息。拟议方法的绩效通过解决一个极离子性随机部分差异方程式(SPDE)来说明,该方程式还管理稳定热导、地下水流或其他扩散过程的机械系统,其基础是不确定性量化问题,输入维度为1024美元。然而,问题定义并没有将随机扩散场限制在特定的共性结构中,而任意扩散场的反应预测的更艰巨的任务也被解决。从业绩评估中获得的结果表明,拟议的方法是准确、高效和稳健的。

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