Stochastic partial differential equations (SPDEs) are the mathematical tool of choice to model dynamical systems evolving under the influence of randomness. By formulating the search for a mild solution of an SPDE as a neural fixed-point problem, we introduce the Neural SPDE model to learn solution operators of PDEs with (possibly stochastic) forcing from partially observed data. Our model provides an extension to two classes of physics-inspired neural architectures. On the one hand, it extends Neural CDEs, SDEs, RDEs -- continuous-time analogues of RNNs -- in that it is capable of processing incoming sequential information even when the latter evolves in an infinite dimensional state space. On the other hand, it extends Neural Operators -- generalizations of neural networks to model mappings between spaces of functions -- in that it can be used to learn solution operators $(u_0,\xi) \mapsto u$ of SPDEs depending simultaneously on the initial condition $u_0$ and a realization of the driving noise $\xi$. A Neural SPDE is resolution-invariant, it may be trained using a memory-efficient implicit-differentiation-based backpropagation and, once trained, its evaluation is up to 3 orders of magnitude faster than traditional solvers. Experiments on various semilinear SPDEs, including the 2D stochastic Navier-Stokes equations, demonstrate how Neural SPDEs capable of learning complex spatiotemporal dynamics with better accuracy and using only a modest amount of training data compared to all alternative models.


翻译:软化部分差异方程式(SPDEs)是模拟在随机影响下演变的动态系统的数学选择工具。我们通过将SPDE的温和解决方案作为神经固定点问题来开发,我们引入神经SPDE模型来学习PDE的解决方案操作者,该模型从部分观测的数据中(可能具有随机性)被强迫使用。我们的模型为物理启发神经结构的两类类别提供了扩展。一方面,它将神经CDE、SDEs、RDEs -- -- RDEs -- -- RENS的连续时间类比 -- -- 因为它能够处理一个SPDE的温度解决方案。即使后者在无限的维度状态空间中演化,我们通过神经操作者 -- -- 神经网络的常规化来模拟功能空间之间的绘图。我们的模型可以用来学习以物理启发为基础的神经神经结构操作者$(u_0xxi)\xxi)\cal 。在各种初始状态下,SNNNNNU值中实现驱动式的精确度的替代值($xify) 。在经过培训的Sdeal-deal Stalial Stal Adal Instrationalal Indealalal 上,在进行一个分辨率上,可以显示的SDISdeal-deal-deal-deal-destrational-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-devial-devial-deal-devial-deal-deal-deal-devial-devial-deal-deal-dection-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-al-deal-de-de-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-de

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