Full-physics cosmological simulations are powerful tools for studying the formation and evolution of structure in the universe but require extreme computational resources. Here, we train a convolutional neural network to use a cheaper N-body-only simulation to reconstruct the baryon hydrodynamic variables (density, temperature, and velocity) on scales relevant to the Lyman-$\alpha$ (Ly$\alpha$) forest, using data from Nyx simulations. We show that our method enables rapid estimation of these fields at a resolution of $\sim$20kpc, and captures the statistics of the Ly$\alpha$ forest with much greater accuracy than existing approximations. Because our model is fully-convolutional, we can train on smaller simulation boxes and deploy on much larger ones, enabling substantial computational savings. Furthermore, as our method produces an approximation for the hydrodynamic fields instead of Ly$\alpha$ flux directly, it is not limited to a particular choice of ionizing background or mean transmitted flux.


翻译:全物理宇宙模拟是研究宇宙结构形成和演变的有力工具,但需要极端的计算资源。在这里,我们训练一个革命性神经网络,使用更便宜的N-体模拟,以重建与莱曼-$(利元/阿尔法元)森林有关的流体动力变量(密度、温度和速度),使用尼克斯模拟数据。我们显示,我们的方法能够以20kpc美元的分辨率快速估算这些领域,并以远比现有近似值更精确得多的方式捕捉Ly$(alpha)森林的统计数据。由于我们的模型是完全革命性的,我们可以训练较小的模拟箱,并部署大得多的模拟变量,从而节省大量计算费用。此外,由于我们的方法可以直接产生流体动力场的近似值,而不是利-阿尔法元的通量,我们的方法并不局限于对电离子背景的特定选择或中值传输通量。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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