Uncertainty quantification (UQ) in machine learning is currently drawing increasing research interest, driven by the rapid deployment of deep neural networks across different fields, such as computer vision, natural language processing, and the need for reliable tools in risk-sensitive applications. Recently, various machine learning models have also been developed to tackle problems in the field of scientific computing with applications to computational science and engineering (CSE). Physics-informed neural networks and deep operator networks are two such models for solving partial differential equations and learning operator mappings, respectively. In this regard, a comprehensive study of UQ methods tailored specifically for scientific machine learning (SciML) models has been provided in [45]. Nevertheless, and despite their theoretical merit, implementations of these methods are not straightforward, especially in large-scale CSE applications, hindering their broad adoption in both research and industry settings. In this paper, we present an open-source Python library (https://github.com/Crunch-UQ4MI), termed NeuralUQ and accompanied by an educational tutorial, for employing UQ methods for SciML in a convenient and structured manner. The library, designed for both educational and research purposes, supports multiple modern UQ methods and SciML models. It is based on a succinct workflow and facilitates flexible employment and easy extensions by the users. We first present a tutorial of NeuralUQ and subsequently demonstrate its applicability and efficiency in four diverse examples, involving dynamical systems and high-dimensional parametric and time-dependent PDEs.


翻译:机械学习的不确定性量化(UQ)目前正在引起越来越多的研究兴趣,这是因为在计算机视觉、自然语言处理等不同领域迅速部署深层神经网络,需要可靠的工具来进行风险敏感应用。最近,还开发了各种机器学习模型,以解决科学计算领域的问题,应用计算科学和工程(CSE),物理信息化神经网络和深度操作者网络分别是解决部分差异方程式和学习操作者绘图的两种模式。在这方面,对专门为科学机器学习(SciML)模型专门设计的UQ方法进行了[45]的全面研究。然而,尽管这些方法具有理论价值,但这些方法的实施并非直截了当的,特别是在大规模 CSEE应用中,妨碍了科学计算科学和工程(CSE)应用领域的科学计算领域。在本文件中,物理信息化神经网络和深度操作者网络是解决部分差异方程式和学习操作者绘图的两种模式。在这方面,在应用UciML方法用于Scial(Scial-Scial-Scial-Scial-Silental)的多种时间和结构化模型方面,图书馆是目前以方便和结构化的方法和结构化的快速应用工具,由SMLLIL的高级用户设计为目前设计和结构化的高级和结构化的高级应用工具设计,它为目前和结构化的高级和结构化的图书馆和结构化工具,用来在现代和结构上设计了一种快速和结构化的高级和结构化的高级设计了一种技术。

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