With the rapid advance of Machine Learning techniques and the deep increase of availability of scientific data, data-driven approaches have started to become progressively popular across science, causing a fundamental shift in the scientific method after proving to be powerful tools with a direct impact in many areas of society. Nevertheless, when attempting to analyze dynamics of complex multiscale systems, the usage of standard Deep Neural Networks (DNNs) and even standard Physics-Informed Neural Networks (PINNs) may lead to incorrect inferences and predictions, due to the presence of small scales leading to reduced or simplified models in the system that have to be applied consistently during the learning process. In this Chapter, we will address these issues in light of recent results obtained in the development of Asymptotic-Preserving Neural Networks (APNNs) for hyperbolic models with diffusive scaling. Several numerical tests show how APNNs provide considerably better results with respect to the different scales of the problem when compared with standard DNNs and PINNs, especially when analyzing scenarios in which only little and scattered information is available.


翻译:随着机器学习技术的迅速发展以及科学数据提供量的深入增加,数据驱动方法开始在科学领域逐渐普及,在被证明是对社会许多领域有直接影响的强大工具之后,科学方法发生了根本性的变化,然而,在试图分析复杂多尺度系统的动态时,使用标准的深神经网络(DNN),甚至标准的物理化神经网络(PINNs),可能会导致错误的推论和预测,因为存在着小规模的尺度,导致在学习过程中必须一致应用的系统减少或简化模型。在本章中,我们将根据最近开发用于具有细微尺寸的超偏心模型的Asymptistic-保全神经网络(APNS)所取得的结果来处理这些问题。一些数字测试表明,与标准DNN和PINNs相比,APNs如何在问题的不同尺度上提供更好的结果,特别是在分析只有很少和零散信息的情景时。

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