Probabilistic solvers for ordinary differential equations (ODEs) provide efficient quantification of numerical uncertainty associated with simulation of dynamical systems. Their convergence rates have been established by a growing body of theoretical analysis. However, these algorithms suffer from numerical instability when run at high order or with small step-sizes -- that is, exactly in the regime in which they achieve the highest accuracy. The present work proposes and examines a solution to this problem. It involves three components: accurate initialisation, a coordinate change preconditioner that makes numerical stability concerns step-size-independent, and square-root implementation. Using all three techniques enables numerical computation of probabilistic solutions of ODEs with algorithms of order up to 11, as demonstrated on a set of challenging test problems. The resulting rapid convergence is shown to be competitive to high-order, state-of-the-art, classical methods. As a consequence, a barrier between analysing probabilistic ODE solvers and applying them to interesting machine learning problems is effectively removed.


翻译:普通差异方程式(ODEs)的概率求解器可以有效地量化与动态系统模拟相关的数字不确定性。它们的趋同率是由越来越多的理论分析确定的。然而,这些算法在高顺序运行或使用小步尺运行时会遇到数字不稳定 -- -- 也就是说,正是在它们达到最高精确度的制度内。目前的工作提出并研究解决这个问题的办法。它涉及三个组成部分:精确初始化、协调变化先决条件,使数字稳定性与步态独立和平方位执行有关。使用所有三种技术,能够以一系列具有挑战性的测试问题所证明的11级算法计算出以11级算法算出的极易解码。由此产生的快速趋同与高顺序、状态、古典方法相比具有竞争力。因此,分析概率式的ODE解答器和将其应用于有趣的机器学习问题之间的障碍被有效地消除。

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