This work presents neural network based minimal entropy closures for the moment system of the Boltzmann equation, that preserve the inherent structure of the system of partial differential equations, such as entropy dissipation and hyperbolicity. The described method embeds convexity of the moment to entropy map in the neural network approximation to preserve the structure of the minimal entropy closure. Two techniques are used to implement the methods. The first approach approximates the map between moments and the minimal entropy of the moment system and is convex by design. The second approach approximates the map between moments and Lagrange multipliers of the dual of the minimal entropy optimization problem, which present the gradients of the entropy with respect to the moments, and is enforced to be monotonic by introduction of a penalty function. We derive an error bound for the generalization gap of convex neural networks which are trained in Sobolev norm and use the results to construct data sampling methods for neural network training. Numerical experiments are conducted, which show that neural network-based entropy closures provide a significant speedup for kinetic solvers while maintaining a sufficient level of accuracy. The code for the described implementations can be found in the Github repositories.


翻译:这项工作为Boltzmann 方程式的瞬时系统提供了基于神经网络的最小星系封存最小的星系,它保持了部分差异方程式系统的固有结构,例如对子消散和超偏移。描述的方法嵌入神经网络近距离内刻映射图时的静态嵌入,以保持最小星系封存结构。使用两种技术来实施方法。第一种方法接近于瞬时和瞬时系统最小星系之间的地图,并且设计成锥形。第二种方法接近于最小星系优化问题的瞬时和拉格朗乘数之间的地图,即显示最小星系优化问题的双倍数和拉格朗倍数之间的图,即显示时系的星系图梯度,通过引入一个惩罚功能,强制成为单一的。我们为在Sobolev 规范中培训的 convex 神经网络的总体差距得出一个错误,并使用结果来构建神经网络培训的数据取样方法。 正在进行数值实验,以显示以神经网络为基础的星系封系封口关闭的双倍值之间的图,这显示了以相当的精确度水平,同时可以对基因固态进行描述。

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