We explore using neural operators, or neural network representations of nonlinear maps between function spaces, to accelerate infinite-dimensional Bayesian inverse problems (BIPs) with models governed by nonlinear parametric partial differential equations (PDEs). Neural operators have gained significant attention in recent years for their ability to approximate the parameter-to-solution maps defined by PDEs using as training data solutions of PDEs at a limited number of parameter samples. The computational cost of BIPs can be drastically reduced if the large number of PDE solves required for posterior characterization are replaced with evaluations of trained neural operators. However, reducing error in the resulting BIP solutions via reducing the approximation error of the neural operators in training can be challenging and unreliable. We provide an a priori error bound result that implies certain BIPs can be ill-conditioned to the approximation error of neural operators, thus leading to inaccessible accuracy requirements in training. To reliably deploy neural operators in BIPs, we consider a strategy for enhancing the performance of neural operators, which is to correct the prediction of a trained neural operator by solving a linear variational problem based on the PDE residual. We show that a trained neural operator with error correction can achieve a quadratic reduction of its approximation error, all while retaining substantial computational speedups of posterior sampling when models are governed by highly nonlinear PDEs. The strategy is applied to two numerical examples of BIPs based on a nonlinear reaction--diffusion problem and deformation of hyperelastic materials. We demonstrate that posterior representations of the two BIPs produced using trained neural operators are greatly and consistently enhanced by error correction.


翻译:我们探索使用神经操作器或神经网络显示功能空间之间的非线性地图,以加速由非线性参数部分偏差方程(PDEs)调节模型的无限维贝斯反向问题(BIPs)加速。近年来,神经操作器由于能够将PDEs界定的参数到溶解图作为PDEs在数量有限的参数样本中的培训数据解决方案,因此神经操作器对参数到溶解的参数到溶解进行了比较。如果对受过训练的神经操作器进行了评价,从而取代了对后端定性所需的大量 PDE 解析方案(BIPs),那么BIPs的计算成本可以大幅降低。然而,通过减少神经操作器的近似误差来减少 BIP 造成的 BIP 错误意味着某些 BIPs 的近似误,从而导致培训中无法达到准确性要求。 我们考虑在BIPs可靠地部署后台的神经操作器操作器操作器的性能得到大幅度的降低。 由经过训练的心性神经反应操作器的不连续使用经过训练的心性神经反应的神经反应,通过经过训练的轨变变的心型操作者进行大幅度的心性调整, 显示一个不断的心性变压的心型操作器的心动的心变的心动的心动的动作,可以显示所有机动的心动的心动的心动的心动的机能变的机能能能能能能能能能能能能能显示的精度调整的精度变的精度变的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度的精度能。

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