Predicting the occurence of rare and extreme events in complex systems is a well-known problem in non-equilibrium physics. These events can have huge impacts on human societies. New approaches have emerged in the last ten years, which better estimate tail distributions. They often use large deviation concepts without the need to perform heavy direct ensemble simulations. In particular, a well-known approach is to derive a minimum action principle and to find its minimizers. The analysis of rare reactive events in non-equilibrium systems without detailed balance is notoriously difficult either theoretically and computationally. They are described in the limit of small noise by the Freidlin-Wentzell action. We propose here a new method which minimizes the geometrical action instead using neural networks: it is called deep gMAM. It relies on a natural and simple machine-learning formulation of the classical gMAM approach. We give a detailed description of the method as well as many examples. These include bimodal switches in complex stochastic (partial) differential equations, quasi-potential estimates, and extreme events in Burgers turbulence.


翻译:预测复杂系统中稀有和极端事件的发生是非平衡物理学中众所周知的一个问题。这些事件可能对人类社会产生巨大影响。在过去十年中出现了新的办法,这些办法更好地估计尾部分布。它们经常使用大偏差概念,而不需要进行大量直接的混合模拟。特别是,众所周知的方法是得出最低限度的行动原则并找到其最小化因素。分析非平衡系统中没有详细平衡的罕见反应事件在理论上和计算上都是众所周知的困难。它们被描述在Freidlin-Wentzell行动的小噪音限度内。我们在此提出一种新的方法,即使用神经网络来尽量减少几何行动:它被称为深地磁MM。它依靠一种自然和简单的机器学习公式来设计古典的GMAM方法。我们详细描述了该方法以及许多例子。这些例子包括复杂的微小差异方程式中的双调开关,准潜在估计,以及布尔格斯动荡中的极端事件。

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