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Data-Augmented Few-Shot Neural Stencil Emulation for System Identification of Computer Models

Created by
  • Haebom

作者

Sanket Jantre, Deepak Akhare, Xiaoning Qian, Nathan M. Urban

概要

本論文は,偏微分方程式(PDE)モデリングのための効率的なデータ増強戦略を提案する。従来の数値PDEソルバーの代わりにニューラルネットワークを用いたニューラルPDEを使用しますが、従来の方法では、PDEソルバーの長時間統合で得られた年の軌跡を利用して学習するために多くのデータが必要です。本論文では、局所的な「ステンシル」状態の空間充填サンプリングを介してコンピュータモデルから神経PDE学習データを生成するためのサンプル効率的なデータ増強戦略を提示します。この方法は、軌道データに存在する多くの時空間的冗長性を排除し、まれに訪問するが、神経PDEが状態空間全体で一般化するのに役立つ状態を過大サンプリングする。合成データを用いた実験により、提案された方法の効果を検証し、従来の方法より優れた性能を示すことを確認します。

Takeaways、Limitations

Takeaways:
サンプル効率的なデータ増強戦略により、神経PDE学習に必要なデータ量を大幅に削減できます。
従来の方法よりも正確で一般化性能に優れたニューラルPDEステンシル演算子を学習できます。
様々なPDEシステムに適用可能な一般的な方法論を提示する。
10倍少ない計算コストで同等またはより良いパフォーマンスを達成できます。
Limitations:
提案された方法の性能は、使用するPDEシステムとサンプリング戦略によって異なります。
合成データを使用した実験結果であるため、実際のアプリケーションでのパフォーマンスには追加の検証が必要です。
ステンシルサイズとサンプリング戦略の最適化に関するさらなる研究が必要である。
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