Cosmological field-level inference requires differentiable forward models that solve the challenging dynamics of gas and dark matter under hydrodynamics and gravity. We propose a hybrid approach where gravitational forces are computed using a differentiable particle-mesh solver, while the hydrodynamics are parametrized by a neural network that maps local quantities to an effective pressure field. We demonstrate that our method improves upon alternative approaches, such as an Enthalpy Gradient Descent baseline, both at the field and summary-statistic level. The approach is furthermore highly data efficient, with a single reference simulation of cosmological structure formation being sufficient to constrain the neural pressure model. This opens the door for future applications where the model is fit directly to observational data, rather than a training set of simulations.


翻译:宇宙学场级推断需要可微分的正向模型,以求解在流体动力学和引力作用下气体与暗物质的复杂动力学行为。我们提出一种混合方法:引力通过可微分粒子网格求解器计算,而流体动力学则由一个神经网络参数化,该网络将局部物理量映射至有效压力场。我们证明,该方法在场级和统计摘要层面均优于替代方案(如焓梯度下降基准)。此外,该方法具有极高的数据效率,仅需单个宇宙学结构形成的参考模拟即可约束神经压力模型。这为未来直接基于观测数据(而非模拟训练集)拟合模型的应用开辟了道路。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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