We develop fast and scalable methods for computing reduced-order nonlinear solutions (RONS). RONS was recently proposed as a framework for reduced-order modeling of time-dependent partial differential equations (PDEs), where the modes depend nonlinearly on a set of time-varying parameters. RONS uses a set of ordinary differential equations (ODEs) for the parameters to optimally evolve the shape of the modes to adapt to the PDE's solution. This method has already proven extremely effective in tackling challenging problems such as advection-dominated flows and high-dimensional PDEs. However, as the number of parameters grow, integrating the RONS equation and even its formation become computationally prohibitive. Here, we develop three separate methods to address these computational bottlenecks: symbolic RONS, collocation RONS and regularized RONS. We demonstrate the efficacy of these methods on two examples: Fokker-Planck equation in high dimensions and the Kuramoto-Sivashinsky equation. In both cases, we observe that the proposed methods lead to several orders of magnitude in speedup and accuracy. Our proposed methods extend the applicability of RONS beyond reduced-order modeling by making it possible to use RONS for accurate numerical solution of linear and nonlinear PDEs. Finally, as a special case of RONS, we discuss its application to problems where the PDE's solution is approximated by a neural network, with the time-dependent parameters being the weights and biases of the network. The RONS equations dictate the optimal evolution of the network's parameters without requiring any training.


翻译:我们开发了快速且可扩缩的方法,用于计算减序非线性解决方案(RONS)。RONS最近被提议作为根据时间对准部分差异方程(PDEs)进行减序建模的框架,在这种模式中,非线性地依赖一套时间分配参数。RONS使用一套普通差异方程(ODE),以优化地发展适应PDE解决方案的模型形状。这种方法已证明在解决诸如倾斜主导流和高维度PDE等具有挑战性的问题方面极为有效。然而,随着参数数量的增加,将RONS参数的参数变异甚至其形成变得难以计算。在这里,我们开发了三种不同的方法来解决这些计算瓶颈:象征性的RONS、对RONS的合置和正规化的RONS。我们在两个例子中展示了这些方法的功效:高维度Fokker-Planck方程和Kuramoto-Sivashinsky方程。在这两个例子中,我们发现,拟议的方法导致快速和准确的数级级NS。我们提出的方法将精确性网络的应用范围扩大到了RONS网络,我们提出的精确性网络的模型,我们用一个特殊的模型来讨论了内部网络的模型来讨论了它的一个特殊的运用。</s>

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