We propose a unified data-driven reduced order model (ROM) that bridges the performance gap between linear and nonlinear manifold approaches. Deep learning ROM (DL-ROM) using deep-convolutional autoencoders (DC-AE) has been shown to capture nonlinear solution manifolds but fails to perform adequately when linear subspace approaches such as proper orthogonal decomposition (POD) would be optimal. Besides, most DL-ROM models rely on convolutional layers, which might limit its application to only a structured mesh. The proposed framework in this study relies on the combination of an autoencoder (AE) and Barlow Twins (BT) self-supervised learning, where BT maximizes the information content of the embedding with the latent space through a joint embedding architecture. Through a series of benchmark problems of natural convection in porous media, BT-AE performs better than the previous DL-ROM framework by providing comparable results to POD-based approaches for problems where the solution lies within a linear subspace as well as DL-ROM autoencoder-based techniques where the solution lies on a nonlinear manifold; consequently, bridges the gap between linear and nonlinear reduced manifolds. Furthermore, this BT-AE framework can operate on unstructured meshes, which provides flexibility in its application to standard numerical solvers, on-site measurements, experimental data, or a combination of these sources.


翻译:我们建议采用统一的数据驱动下调顺序模型(ROM),以弥合线性和非线性多元方法之间的性差。使用深度进化自动算数器(DC-AE)的深度学习ROM(DL-ROM)已经显示能够捕捉非线性溶解元体,但当诸如正正向分解(POD)等线性子空间方法最为理想时,我们却未能充分发挥作用。此外,大多数DL-ROM模型依赖卷积层,这可能会将其应用局限于结构化的网格。本研究的拟议框架依赖于一个自动解码器(AE)和Barlow Twins(BT)自我监督的学习组合,BT通过联合嵌入结构,使与潜在空间嵌入的信息内容最大化。通过一系列在松散媒体中自然相融合的基准问题,BT-AE模型比以前的DL-ROM框架要好得多,提供可比较的结果,在线性子空间中找到解决办法的组合或D-ROD-ROD的混合来源,以及D-ROM 双向式的双向式计算方法,在非双向式的、双向式数字框架上,使这些解式的解决方案在非双向式数据结构中可以提供非数字操作。

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