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 (\textit{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, \textit{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,而这种系统只能使用稀少和吵闹的观测。同样的方法可以用来纠正知识型模型的错误。由此产生的代孕模型是混合的,具有统计部分补充物理部分。在实践中,更正可以作为一个综合术语(在模型解析器中\ textit{i.e.})或直接在物理型模型的趋势中添加。固态校正很容易实施。趋势校正更技术性强,特别是它需要物理模型的配合,但也更灵活。我们使用两个尺度的Lorenz模型来比较这两种方法。长期预测实验的准确性与使用固态校正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在数据同级实验中采用解析校正的模型。最后,趋势校正开启了所有可能的在线模型校正、\text{i.e.我们使用新的测算模型,可以逐步学习新的模型,同时学习新的模型。

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/
专知会员服务
51+阅读 · 2020年12月14日
【机器学习术语宝典】机器学习中英文术语表
专知会员服务
61+阅读 · 2020年7月12日
【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
【电子书】机器学习实战(Machine Learning in Action),附PDF
专知会员服务
129+阅读 · 2019年11月25日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
180+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
104+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3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
分布式TensorFlow入门指南
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年11月28日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】Python机器学习生态圈(Scikit-Learn相关项目)
机器学习研究会
6+阅读 · 2017年8月23日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Arxiv
0+阅读 · 2021年9月21日
Arxiv
14+阅读 · 2020年12月17日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3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
分布式TensorFlow入门指南
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年11月28日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】Python机器学习生态圈(Scikit-Learn相关项目)
机器学习研究会
6+阅读 · 2017年8月23日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员