Given a partial differential equation (PDE), goal-oriented error estimation allows us to understand how errors in a diagnostic quantity of interest (QoI), or goal, occur and accumulate in a numerical approximation, for example using the finite element method. By decomposing the error estimates into contributions from individual elements, it is possible to formulate adaptation methods, which modify the mesh with the objective of minimising the resulting QoI error. However, the standard error estimate formulation involves the true adjoint solution, which is unknown in practice. As such, it is common practice to approximate it with an 'enriched' approximation (e.g. in a higher order space or on a refined mesh). Doing so generally results in a significant increase in computational cost, which can be a bottleneck compromising the competitiveness of (goal-oriented) adaptive simulations. The central idea of this paper is to develop a "data-driven" goal-oriented mesh adaptation approach through the selective replacement of the expensive error estimation step with an appropriately configured and trained neural network. In doing so, the error estimator may be obtained without even constructing the enriched spaces. An element-by-element construction is employed here, whereby local values of various parameters related to the mesh geometry and underlying problem physics are taken as inputs, and the corresponding contribution to the error estimator is taken as output. We demonstrate that this approach is able to obtain the same accuracy with a reduced computational cost, for adaptive mesh test cases related to flow around tidal turbines, which interact via their downstream wakes, and where the overall power output of the farm is taken as the QoI. Moreover, we demonstrate that the element-by-element approach implies reasonably low training costs.


翻译:在部分差异方程(PDE)下,目标导向误差估计使我们能够理解利息诊断量(QoI)或目标的误差是如何发生,并在数字近似中积累的,例如使用有限元素法。通过将误差估计分解成个别元素的贡献,有可能制定适应方法,修改网格,目的是尽量减少由此产生的QoI错误。然而,标准误差估计的提法涉及真正的联合解决方案,而在实践中这是未知的。因此,通常的做法是将其接近于“增加的”近似(例如,在更高的顺序空间或改进的总体节流体)。一般而言,这样做会导致计算成本的大幅上升,这可能会妨碍(面向目标的)适应模拟的竞争力。本文的中心思想是通过选择性地选用低误差估计步骤,以适当配置和训练的神经网络来进行。在这样做时,即使不构建更精确的节率空间,也可以得出错误估计值,从而导致(以目标为导向的)适应性模拟的竞争力。 本文的核心思想是“数据驱动的”目标偏差法,我们通过测算法来显示(以更深的计算成本推算的精度)的精度方法,因此,我们用各种的精度测法的计算方法来理解了成本推算法的精度和精确的计算方法。

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