As a counterpoint to classical stochastic particle methods for linear diffusion equations, we develop a deterministic particle method for the weighted porous medium equation (WPME) and prove its convergence on bounded time intervals. This generalizes related work on blob methods for unweighted porous medium equations. From a numerical analysis perspective, our method has several advantages: it is meshfree, preserves the gradient flow structure of the underlying PDE, converges in arbitrary dimension, and captures the correct asymptotic behavior in simulations. That our method succeeds in capturing the long time behavior of WPME is significant from the perspective of related problems in quantization. Just as the Fokker-Planck equation provides a way to quantize a probability measure $\bar{\rho}$ by evolving an empirical measure according to stochastic Langevin dynamics so that the empirical measure flows toward $\bar{\rho}$, our particle method provides a way to quantize $\bar{\rho}$ according to deterministic particle dynamics approximating WMPE. In this way, our method has natural applications to multi-agent coverage algorithms and sampling probability measures. A specific case of our method corresponds exactly to confined mean-field dynamics of training a two-layer neural network for a radial basis function activation function. From this perspective, our convergence result shows that, in the overparametrized regime and as the variance of the radial basis functions goes to zero, the continuum limit is given by WPME. This generalizes previous results, which considered the case of a uniform data distribution, to the more general inhomogeneous setting. As a consequence of our convergence result, we identify conditions on the target function and data distribution for which convexity of the energy landscape emerges in the continuum limit.


翻译:作为典型的线性扩散方程式透视粒子法的对应点,我们为加权多孔介质等式(WPME)开发了一种确定性粒子方法, 并证明它在受限时间间隔上的趋同性。 这个方法概括了未加权多孔介质等式的blob 方法的相关工作。 从数字分析角度, 我们的方法有几个优点: 它是网状的, 保存了基础PDE的梯度流结构, 以任意的尺寸相交, 在模拟中捕捉正确的零缓度行为。 我们的方法成功地捕捉到 WPME的长期行为, 从四分点化的角度看是显著的。 Fokker- Planck 等同性能提供了一种方法, 用来量化一个概率测量$\bar_rho} 。 从这个角度, 我们的粒子量值流向 0., 我们的粒子值分布方法提供了一种方法, 通过确定性粒子动态的顶点来限制 WMPE 。 从这个角度, 我们的磁度分布法可以测量一个数值的直径直径直径直径直值 。

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