We establish a machine learning model for the prediction of the magnetization dynamics as function of the external field described by the Landau-Lifschitz-Gilbert equation, the partial differential equation of motion in micromagnetism. The model allows for fast and accurate determination of the response to an external field which is illustrated by a thin-film standard problem. The data-driven method internally reduces the dimensionality of the problem by means of nonlinear model reduction for unsupervised learning. This not only makes accurate prediction of the time steps possible, but also decisively reduces complexity in the learning process where magnetization states from simulated micromagnetic dynamics associated with different external fields are used as input data. We use a truncated representation of kernel principal components to describe the states between time predictions. The method is capable of handling large training sample sets owing to a low-rank approximation of the kernel matrix and an associated low-rank extension of kernel principal component analysis and kernel ridge regression. The approach entirely shifts computations into a reduced dimensional setting breaking down the problem dimension from the thousands to the tens.


翻译:我们建立了一个用于预测磁化动态的机器学习模型,作为Landau-Lifschitz-Gilbert等方程式所描述的外部场域的功能,即微磁体运动的局部微磁化方程式。该模型可以快速和准确地确定对外部场域的反应,用薄膜标准问题来说明。数据驱动方法通过非线性模型的减少来减少问题的维度,以便进行不受监督的学习。这不仅可以准确预测时间步骤,而且决定性地降低学习过程的复杂性,因为从模拟微磁化动态中发现与不同外部场有关的磁化状态,用作输入数据。我们用直径的内核元元组件来描述时间预测之间的状态。由于内核质矩阵的低接近度以及与此相关的内核主元分析和内核脊回归的低位延伸,该方法能够处理大型训练样品组。该方法完全将计算方法转换成一个低度的尺寸,将问题层面从千分解至十。

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