In science and engineering applications, it is often required to solve similar computational problems repeatedly. In such cases, we can utilize the data from previously solved problem instances to improve the efficiency of finding subsequent solutions. This offers a unique opportunity to combine machine learning (in particular, meta-learning) and scientific computing. To date, a variety of such domain-specific methods have been proposed in the literature, but a generic approach for designing these methods remains under-explored. In this paper, we tackle this issue by formulating a general framework to describe these problems, and propose a gradient-based algorithm to solve them in a unified way. As an illustration of this approach, we study the adaptive generation of parameters for iterative solvers to accelerate the solution of differential equations. We demonstrate the performance and versatility of our method through theoretical analysis and numerical experiments, including applications to incompressible flow simulations and an inverse problem of parameter estimation.


翻译:在科学和工程应用中,往往需要反复解决类似的计算问题。在这种情况下,我们可以利用以前解决过的问题实例中的数据来提高寻找后续解决方案的效率。这为机器学习(特别是元学习)和科学计算相结合提供了独特的机会。迄今为止,文献中已经提出了各种这类特定领域的方法,但设计这些方法的通用方法仍然没有得到充分利用。在本文件中,我们通过制定一个描述这些问题的一般框架来解决这一问题,并提出一种基于梯度的算法来统一解决这些问题。作为这一方法的一个例子,我们研究为迭代解答器提供适应性参数的生成,以加速差异方程式的解决方案。我们通过理论分析和数字实验,包括应用不压缩流模拟和反向参数估计问题,来展示我们方法的性能和多功能。

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