The term `surrogate modeling' in computational science and engineering refers to the development of computationally efficient approximations for expensive simulations, such as those arising from numerical solution of partial differential equations (PDEs). Surrogate modeling is an enabling methodology for many-query computations in science and engineering, which include iterative methods in optimization and sampling methods in uncertainty quantification. Over the last few years, several approaches to surrogate modeling for PDEs using neural networks have emerged, motivated by successes in using neural networks to approximate nonlinear maps in other areas. In principle, the relative merits of these different approaches can be evaluated by understanding, for each one, the cost required to achieve a given level of accuracy. However, the absence of a complete theory of approximation error for these approaches makes it difficult to assess this cost-accuracy trade-off. The purpose of the paper is to provide a careful numerical study of this issue, comparing a variety of different neural network architectures for operator approximation across a range of problems arising from PDE models in continuum mechanics.


翻译:计算科学和工程中的“代位模型”一词是指为昂贵的模拟,例如部分差别方程(PDEs)的数值解决方案产生的模拟,开发计算效率高的近似值,代位模型是科学和工程中许多研究计算方法的有利方法,其中包括优化和抽样方法的迭代方法以及不确定性量化的迭代方法。在过去几年中,由于在利用神经网络以近似其他领域的非线性地图为近似神经网络取得的成功,出现了几种代位模型的方法。原则上,这些不同方法的相对优点可以通过理解来评价,而每种方法的相对优点是达到某种程度的准确性所需的成本。然而,由于这些方法缺乏完全的近似差理论,因此难以评估这种成本-准确性交易。本文件的目的是对该问题进行仔细的数字研究,比较各种不同的神经网络结构,用于操作者对连续机械中PDE模型产生的一系列问题进行近似。

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