Recent studies have shown that it is possible to combine machine learning methods with data assimilation to reconstruct a dynamical system using only sparse and noisy observations of that system. The same approach can be used to correct the error of a knowledge-based model. The resulting surrogate model is hybrid, with a statistical part supplementing a physical part. In practice, the correction can be added as an integrated term (i.e. in the model resolvent) or directly inside the tendencies of the physical model. The resolvent correction is easy to implement. The tendency correction is more technical, in particular it requires the adjoint of the physical model, but also more flexible. We use the two-scale Lorenz model to compare the two methods. The accuracy in long-range forecast experiments is somewhat similar between the surrogate models using the resolvent correction and the tendency correction. By contrast, the surrogate models using the tendency correction significantly outperform the surrogate models using the resolvent correction in data assimilation experiments. Finally, we show that the tendency correction opens the possibility to make online model error correction, i.e. improving the model progressively as new observations become available. The resulting algorithm can be seen as a new formulation of weak-constraint 4D-Var. We compare online and offline learning using the same framework with the two-scale Lorenz system, and show that with online learning, it is possible to extract all the information from sparse and noisy observations.


翻译:最近的研究显示,将机器学习方法与数据同化相结合,以重建动态系统是有可能的,只使用对该系统的稀少和吵闹的观测来重建一个动态系统。同样的做法也可以用来纠正基于知识的模式的错误。由此产生的代孕模型是混合的,有统计部分作为物理部分的补充。在实践中,更正可以作为一个综合术语(即,在模型解答器中)或直接在物理模型的趋势中添加。固态校正很容易实施。趋势纠正更技术性强,特别是需要物理模型的配合,但也更灵活。我们使用两个尺度的Lorenz模型来比较两种方法。长期预测模型的精确性与使用分辨率校正和趋势校正的模型之间有些相似。相比之下,使用趋势校正的代谢模型大大超过使用数据同化的校正模型的所有代谢模型。最后,我们显示,趋势纠正为在线模型的校正提供了可能性,即随着新的观测结果而逐步改进,作为新的D级观测结果,我们用较弱的在线比较,可以将结果算算法视为一种新的精细的模型。我们可以用较弱的在线比较,用较弱的系统进行新的研拟。

0
下载
关闭预览

相关内容

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/
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
59+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
152+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
已删除
将门创投
3+阅读 · 2020年8月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
Reinforcement Learning: An Introduction 2018第二版 500页
CreateAMind
11+阅读 · 2018年4月27日
【推荐】直接未来预测:增强学习监督学习
机器学习研究会
6+阅读 · 2017年11月24日
【推荐】免费书(草稿):数据科学的数学基础
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年10月1日
Arxiv
6+阅读 · 2019年12月30日
Implicit Maximum Likelihood Estimation
Arxiv
7+阅读 · 2018年9月24日
Arxiv
3+阅读 · 2018年2月24日
VIP会员
相关VIP内容
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
59+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
152+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
相关资讯
已删除
将门创投
3+阅读 · 2020年8月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
Reinforcement Learning: An Introduction 2018第二版 500页
CreateAMind
11+阅读 · 2018年4月27日
【推荐】直接未来预测:增强学习监督学习
机器学习研究会
6+阅读 · 2017年11月24日
【推荐】免费书(草稿):数据科学的数学基础
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年10月1日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员