Modern design, control, and optimization often requires simulation of highly nonlinear models, leading to prohibitive computational costs. These costs can be amortized by evaluating a cheap surrogate of the full model. Here we present a general data-driven method, the continuous-time echo state network (CTESN), for generating surrogates of nonlinear ordinary differential equations with dynamics at widely separated timescales. We empirically demonstrate near-constant time performance using our CTESNs on a physically motivated scalable model of a heating system whose full execution time increases exponentially, while maintaining relative error of within 0.2 %. We also show that our model captures fast transients as well as slow dynamics effectively, while other techniques such as physics informed neural networks have difficulties trying to train and predict the highly nonlinear behavior of these models.


翻译:现代设计、控制和优化往往需要模拟高度非线性模型,从而导致令人望而生畏的计算成本。这些费用可以通过对全模型的廉价替代物进行评估来摊还。在这里,我们展示了一种一般数据驱动方法,即连续时回声状态网络(CTESN),用于产生非线性普通差异方程式的代孕,且具有高度分离的时标动态。我们的经验表明,利用我们的CTESN,在一个具有物理动机的、可缩放的供暖系统模型上,我们的CTESN,其完全执行时间急剧增加,同时保持0.2 % 的相对误差。我们还表明,我们的模型能够有效捕捉快速瞬态和缓慢的动态,而物理学知情神经网络等其他技术则难以培训和预测这些模型的高度非线性行为。

0
下载
关闭预览

相关内容

【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
125+阅读 · 2020年11月20日
知识驱动的视觉知识学习,以VQA视觉问答为例,31页ppt
专知会员服务
35+阅读 · 2020年9月25日
《常微分方程》笔记,419页pdf
专知会员服务
71+阅读 · 2020年8月2日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
77+阅读 · 2020年7月26日
神经网络的拓扑结构,TOPOLOGY OF DEEP NEURAL NETWORKS
专知会员服务
31+阅读 · 2020年4月15日
MIT-深度学习Deep Learning State of the Art in 2020,87页ppt
专知会员服务
61+阅读 · 2020年2月17日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
CCF推荐 | 国际会议信息10条
Call4Papers
8+阅读 · 2019年5月27日
人工智能 | SCI期刊专刊/国际会议信息7条
Call4Papers
7+阅读 · 2019年3月12日
人工智能 | UAI 2019等国际会议信息4条
Call4Papers
6+阅读 · 2019年1月14日
人工智能 | SCI期刊专刊信息3条
Call4Papers
5+阅读 · 2019年1月10日
计算机类 | ISCC 2019等国际会议信息9条
Call4Papers
5+阅读 · 2018年12月25日
人工智能 | 国际会议信息10条
Call4Papers
5+阅读 · 2018年12月18日
人工智能 | 国际会议截稿信息9条
Call4Papers
4+阅读 · 2018年3月13日
计算机类 | 期刊专刊截稿信息9条
Call4Papers
4+阅读 · 2018年1月26日
【计算机类】期刊专刊/国际会议截稿信息6条
Call4Papers
3+阅读 · 2017年10月13日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Arxiv
0+阅读 · 2021年5月18日
VIP会员
相关VIP内容
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
125+阅读 · 2020年11月20日
知识驱动的视觉知识学习,以VQA视觉问答为例,31页ppt
专知会员服务
35+阅读 · 2020年9月25日
《常微分方程》笔记,419页pdf
专知会员服务
71+阅读 · 2020年8月2日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
77+阅读 · 2020年7月26日
神经网络的拓扑结构,TOPOLOGY OF DEEP NEURAL NETWORKS
专知会员服务
31+阅读 · 2020年4月15日
MIT-深度学习Deep Learning State of the Art in 2020,87页ppt
专知会员服务
61+阅读 · 2020年2月17日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
CCF推荐 | 国际会议信息10条
Call4Papers
8+阅读 · 2019年5月27日
人工智能 | SCI期刊专刊/国际会议信息7条
Call4Papers
7+阅读 · 2019年3月12日
人工智能 | UAI 2019等国际会议信息4条
Call4Papers
6+阅读 · 2019年1月14日
人工智能 | SCI期刊专刊信息3条
Call4Papers
5+阅读 · 2019年1月10日
计算机类 | ISCC 2019等国际会议信息9条
Call4Papers
5+阅读 · 2018年12月25日
人工智能 | 国际会议信息10条
Call4Papers
5+阅读 · 2018年12月18日
人工智能 | 国际会议截稿信息9条
Call4Papers
4+阅读 · 2018年3月13日
计算机类 | 期刊专刊截稿信息9条
Call4Papers
4+阅读 · 2018年1月26日
【计算机类】期刊专刊/国际会议截稿信息6条
Call4Papers
3+阅读 · 2017年10月13日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员