Simulations of large-scale plasma systems are typically based on fluid approximations. However, these methods do not capture the small-scale physical processes available to fully kinetic models. Traditionally, empirical closure terms are used to express high order moments of the Boltzmann equation, e.g. the pressure tensor and heat flux. In this paper, we propose different closure terms extracted using machine learning techniques as an alternative. We show in this work how two different machine learning models, a multi-layer perceptron and a gradient boosting regressor, can synthesize higher-order moments extracted from a fully kinetic simulation. The accuracy of the models and their ability to generalize are evaluated and compared to a baseline model. When trained from more extreme simulations, the models showed better extrapolation in comparison to traditional simulations, indicating the importance of outliers. We learn that both models can capture heat flux and pressure tensor very well, with the gradient boosting regressor being the most stable of the two models in terms of the accuracy. The performance of the tested models in the regression task opens the way for new experiments in multi-scale modelling.


翻译:大型等离子系统的模拟通常以流体近似值为基础。 然而, 这些方法并不能够捕捉完全动能模型可用的小规模物理过程。 传统上, 实验性封闭术语用于表达Boltzmann方程式的高顺序时段, 例如压力拉动和热通量。 在本文中, 我们建议使用机器学习技术作为替代方法来抽取不同的封闭术语。 我们在此工作中展示了两种不同的机器学习模型, 一种多层透视器和梯度加速递增器, 如何合成从完全动能模拟中提取的更高顺序时刻。 模型的精确性及其概括化能力被评估并比作基线模型。 在通过更极端的模拟进行训练时, 模型显示比传统模拟更好的外推法, 表明外推器的重要性。 我们了解到, 两种模型都可以捕捉热通量和压力振动振动器, 两种模型在准确性方面最稳定。 测试过的回归模型的绩效为多尺度建模的新实验开辟了道路。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
专知会员服务
42+阅读 · 2020年12月18日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
246+阅读 · 2020年4月19日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
Machine Learning:十大机器学习算法
开源中国
20+阅读 · 2018年3月1日
笔记 | 吴恩达Coursera Deep Learning学习笔记
AI100
4+阅读 · 2017年9月27日
【推荐】决策树/随机森林深入解析
机器学习研究会
5+阅读 · 2017年9月21日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
Arxiv
0+阅读 · 2021年12月12日
Arxiv
0+阅读 · 2021年12月10日
Arxiv
6+阅读 · 2019年12月30日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
104+阅读 · 2019年12月19日
Deep Learning for Energy Markets
Arxiv
10+阅读 · 2019年4月10日
Residual Policy Learning
Arxiv
4+阅读 · 2018年12月15日
Arxiv
6+阅读 · 2018年4月24日
Arxiv
3+阅读 · 2018年2月20日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
Machine Learning:十大机器学习算法
开源中国
20+阅读 · 2018年3月1日
笔记 | 吴恩达Coursera Deep Learning学习笔记
AI100
4+阅读 · 2017年9月27日
【推荐】决策树/随机森林深入解析
机器学习研究会
5+阅读 · 2017年9月21日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2021年12月12日
Arxiv
0+阅读 · 2021年12月10日
Arxiv
6+阅读 · 2019年12月30日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
104+阅读 · 2019年12月19日
Deep Learning for Energy Markets
Arxiv
10+阅读 · 2019年4月10日
Residual Policy Learning
Arxiv
4+阅读 · 2018年12月15日
Arxiv
6+阅读 · 2018年4月24日
Arxiv
3+阅读 · 2018年2月20日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员