We investigate the use of models from the theory of regularity structure as features in machine learning tasks. A model is a multi-linear function of a space-time signal designed to well-approximate solutions to partial differential equations (PDEs), even in low regularity regimes. Models can be seen as natural multi-dimensional generalisations of signatures of paths; our work therefore aims to extend the recent use of signatures in data science beyond the context of time-ordered data. We provide a flexible definition of a model feature vector associated to a space-time signal, along with two algorithms which illustrate ways in which these features can be combined with linear regression. We apply these algorithms in several numerical experiments designed to learn solutions to PDEs with a given forcing and boundary data. Our experiments include semi-linear parabolic and wave equations with forcing, and Burgers' equation with no forcing. We find an advantage in favour of our algorithms when compared to several alternative methods. Additionally, in the experiment with Burgers' equation, we noticed stability in the prediction power when noise is added to the observations.


翻译:模型是一种空间时间信号的多线性功能,旨在为局部差异方程式(PDEs)找到近似的解决办法。模型可以被视为路径特征的自然多维概括;因此,我们的工作旨在将数据科学中最近使用签名的范围扩大到时间顺序数据之外。我们提供了与时空信号相关的模型特征矢量的灵活定义,以及两个算法,其中说明了这些特征可以与线性回归相结合的方式。我们在几个数字实验中应用了这些算法,这些算法旨在用特定的强制和边界数据来学习对PDEs的解决方案。我们的实验包括具有强制力的半线性抛物线和波方程式,以及没有强迫力的布尔格斯方程。我们发现,与几种替代方法相比,我们使用算法的好处是有利的。此外,在Burgers的实验中,我们注意到在观测中添加噪音时预测力是稳定的。

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