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PETSc TS伴随:用于一阶和二阶灵敏度分析的离散伴随常微分方程解算器。 (英文) Zbl 1481.65009号

小结:我们提出了一个新的软件系统,PETSc TS伴随,用于含时非线性微分方程的一阶和二阶伴随灵敏度分析。中的导数计算PETSc TS伴随本质上是一个高级算法微分过程。通过区分时间步长算法并基于PETSc公司。避免了库代码(包括MPI例程)的完全差异化,用户无需为其特定应用导出自己的伴随模型。PETSc TS伴随可以计算一阶导数,即标量泛函的梯度和Hessian向量积,Hessian矢量积携带二阶导数信息,同时需要用户的最小输入(几个回调)。伴随模型以对用户透明的方式使用最佳检查点方案。通过各种应用程序中的示例演示了可用性、效率和可扩展性。

MSC公司:

65-04 与数值分析有关的问题的软件、源代码等
65升99 常微分方程的数值方法
2012年第49季度 流形上优化问题的灵敏度分析
49M99型 最优控制中的数值方法
49-04 与变分法和最优控制有关的问题的软件、源代码等
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参考文献:

[1] S.Abhyankar、J.Brown、E.M.Constantinescu、D.Ghosh、B.F.Smith和H.Zhang,PETSc/TS:现代可扩展ODE/DAE求解库,预打印,https://arxiv.org/abs/1806.01437, 2018.
[2] M.Alexe和A.Sandu,关于自适应时间步长算法的离散伴随,J.Compute。申请。数学。,233(2009),第1005-1020页,https://doi.org/10.1016/j.cam.2009.08.109。 ·Zbl 1177.65098号
[3] M.S.Alnaes、J.Blechta、A.J.Hake、B.Kehlet、A.Logg、C.Richardson、J.Ring、M.E.Rognes和G.N.Wells,FEniCS项目1.5版,架构。数字。软件,3(2015),https://doi.org/10.11588/ans.2015.100.20553。
[4] J.A.E.Andersson、J.Gillis、G.Horn、J.B.Rawlings和M.Diehl,《非线性优化和最优控制软件框架》,数学。程序。计算。,11(2019),第1-36页·Zbl 1411.90004号
[5] A.H.Baker、T.Gamblin、M.Schulz和U.M.Yang,跨现代多核架构缩放代数多重网格的挑战,2011年IEEE国际并行分布式处理研讨会,2011年,第275-286页,https://doi.org/10.109/IPDPS.2011.35。
[6] R.A.Bartlett、D.M.Gay和E.T.Phipps,《用于大规模科学计算的C++代码的自动区分》,载于《计算科学ICCS 2006》,V.N.Alexandrov、G.D.van Albada、P.M.A.Sloot和J.Dongarra编辑,柏林斯普林格出版社,海德堡,2006年,第525-532页·Zbl 1157.65333号
[7] S.J.Benson和J.J.Moreí,《子空间和有界约束优化问题中的有限内存变量度量方法》,技术报告ANL/ACS-P909-0901,阿贡国家实验室,2001年。
[8] C.H.Bischof,L.Roh和A.J.Mauer-Oats,ADIC:用于ANSI-C的可扩展自动区分工具,Softw。实践实验,27(1997),第1427-1454页,https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-024X(199712)27:12
[9] L.Carracciuolo、E.M.Constantinescu和L.D'Amore,基于PETSc的软件实现4DVAR数据同化算法的验证:与基于浅水方程的海洋模型相关的案例研究,预印本,https://arxiv.org/abs/1110.01361, 2018.
[10] E.M.Constantinescu,使用耦合时间步长方法对常微分方程进行全局误差估计,J.Compute。申请。数学。,332(2018),第140-158页,https://doi.org/10.1016/j.cam.2017.05.012。 ·Zbl 1377.65088号
[11] L.D.Dalcin、R.R.Paz、P.A.Kler和A.Cosimo,《使用Python的并行分布式计算》,《高级水资源研究》,34(2011),第1124-1139页,https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2011.04.013。
[12] A.Dener、A.Denchfield、T.Munson、J.Sarich、S.Wild、S.Benson和L.C.McInnes,《Tao用户手册》,技术报告ANL/MCS-TM-322,3.13版,阿贡国家实验室,2020年,https://www.mcs.anl.gov/petsc。
[13] A.Dener和T.Munson,《加速大规模优化的有限记忆准牛顿收敛》,载于计算科学ICCS 2019,《计算讲义》。科学。11538,施普林格,查姆,2019年,第495-507页。
[14] J.Dormand和P.Prince,嵌入式Runge-Kutta公式家族,J.Comput。申请。数学。,6(1980),第19-26页,https://doi.org/10.1016/0771-050X(80)90013-3·Zbl 0448.65045号
[15] P.E.Farrell、D.A.Ham、S.F.Funke和M.E.Rognes,高级瞬态有限元程序伴随的自动推导,SIAM J.Sci。计算。,35(2013),第C369-C393页,https://doi.org/10.1137/120873558。 ·Zbl 1362.65103号
[16] A.H.Gebremedhin、F.Manne和A.Pothen,你的Jacobian是什么颜色的?计算导数的图着色,SIAM Rev.,47(2005),第629-705页,https://doi.org/10.1137/S0036144504444711。 ·Zbl 1076.05034号
[17] A.Ghoma、K.Keutzer和G.Biros,《阳极:神经ODE的无条件精确记忆效率梯度》,载于IJCAI国际人工智能联合会议,国际人工智能组织联合会议,2019年,第730-736页,https://doi.org/10.24963/ijcai.2019/103。
[18] R.Giering和T.Kaminski,伴随码构造方法,ACM Trans。数学。软质。,24(1998),第437-474页,https://doi.org/10.1145/293686.293695。 ·Zbl 0934.65027号
[19] A.Griewank和A.Walther,《算法799:旋转:计算微分的反向或伴随模式的检查点实现》,ACM Trans。数学。软质。,26(2000),第19-45页,https://doi.org/10.1145/347837.347846。 ·Zbl 1137.65330号
[20] V.Heuveline和A.Walther,《PDE中并行伴随计算的在线检查点:面向目标的自适应性和流控制的应用》,载于2006年《Euro-Par》,《计算讲义》。科学。4128,施普林格,柏林,海德堡,2006年。
[21] A.C.Hindmarsh、P.N.Brown、K.E.Grant、S.L.Lee、R.Serban、D.E.Shumaker和C.S.Woodward,SUNDIALS:非线性和微分/代数方程求解器套件,ACM Trans。数学。软质。,31(2005),第363-396页,https://doi.org/10.1145/1089014.1089020。 ·Zbl 1136.65329号
[22] W.Hundsdorfer和J.Verwer,时间相关对流扩散反应方程的数值解,Springer Ser。计算。数学。,施普林格,柏林,海德堡,2007年·Zbl 1030.65100号
[23] A.Jameson,《通过控制理论进行空气动力学设计》,《科学杂志》。计算。,3(1988年),第233-260页,https://doi.org/10.1007/BF01061285。 ·Zbl 0676.76055号
[24] M.Lubin和I.Dunning,使用Julia进行运筹研究中的计算,INFORMS J.Compute。,27(2015),第238-248页,https://doi.org/10.1287/ijoc.2014.0623。 ·Zbl 1331.90001号
[25] O.Marin、E.Constantinescu和B.Smith,使用PETSc和TAO的光谱元素的非稳态PDE约束优化,预印本,https://arxiv.org/abs/1806.01422, 2018.
[26] D.Onken和L.Rutotto,时间序列回归和连续规范化流的离散优化与优化离散,预打印,http://arxiv.org/abs/2005.13420, 2020.
[27] A.Paszke、S.Chintala、G.Chanan、Z.Lin、S.Gross、E.Yang、L.Antiga、Z.Devito、A.Lerer和A.Desmaison,《PyTorch的自动分化》,第31届神经信息处理系统会议,2017年。
[28] C.Rackauckas、Y.Ma、V.Dixit、X.Guo、M.Innes、J.Revels、J.Nyberg和V.Ivaturi,《微分方程解导数的自动微分和连续灵敏度分析的比较》,预印本,https://arxiv.org/abs/1812.01892, 2018.
[29] C.Rackauckas和Q.Nie,differential equations.jl-解决微分方程的性能丰富的生态系统,Julia,J.Open Res.Softw。,5(2017)中,http://doi.org/10.5334/jors.151。
[30] R.Raffard和C.Tomlin,基于二阶伴随的常微分方程和偏微分方程优化及其在空中交通流中的应用,《2005年美国控制会议论文集》,2005年,第798-803页,https://doi.org/10.1109/ACC.2005.1470057。
[31] F.Rathgeber、D.A.Ham、L.Mitchell、M.Lange、F.Luporini、A.T.Mcrae、G.-T.Bercea、G.R.Markall和P.H.J.Kelly,Firedrake:《通过组合抽象实现有限元方法自动化》,ACM Trans。数学。软质。,43 (2016), 24, https://doi.org/10.1145/2998441。 ·Zbl 1396.65144号
[32] T.Schwedes、D.A.Ham、S.W.Funke和M.D.Piggott,《PDE约束优化中的网格依赖性》,2017年,https://doi.org/10.1007/978-3-319-59483-5_2。 ·Zbl 1384.65039号
[33] G.So¨derlind,自适应时间步进数字滤波器,ACM Trans。数学。软质。,29(2003),第1-26页,https://doi.org/10.1145/641876.641877。 ·Zbl 1097.93516号
[34] P.Stumm和A.Walther,最佳脱机检查点的多阶段方法,SIAM J.Sci。计算。,31(2009),第1946-1967页,https://doi.org/10.1137/080718036。 ·Zbl 1194.65084号
[35] P.Stumm和A.Walther,最佳在线检查点的新算法,SIAM J.Sci。计算。,32(2010年),第836-854页,https://doi.org/10.1137/080742439。 ·Zbl 1214.65038号
[36] J.G.Wallwork、P.Hovland、H.Zhang和O.Marin,使用算法微分计算PETSc伴随解算器的导数,预印本,https://arxiv.org/abs/1909.02836,2019年。
[37] A.Walther和A.Griewank,《ADOL-C入门》,摘自《组合科学计算》,查普曼和霍尔/CRC出版社,2012年,第181-202页,https://doi.org/10.1201/b11644-8。
[38] Q.Wang、P.Moin和G.Iacarino,非定常伴随计算的最小重复动态检查点算法,SIAM J.Sci。计算。,31(2009),第2549-2567页,https://doi.org/10.1137/080727890。 ·Zbl 1196.65050号
[39] H.Zhang、S.Abhyankar、E.Constantinescu和M.Anitescu,带开关混合动力系统的离散伴随灵敏度分析,IEEE Trans。电路系统。I常规论文,64(2017),第1247-1259页,https://doi.org/10.109/TCSI.2017.2651683。
[40] H.Zhang、R.T.Mills、K.Rupp和B.F.Smith,使用AVX-512在PETSc中进行矢量化并行稀疏矩阵-矢量乘法,第47届国际并行处理会议(ICPP 2018)论文集,ACM,2018,55,https://doi.org/10.1145/322558.3225100。
[41] H.Zhang和A.Sandu,FATODE:ODE正向、伴随和切线线性积分库,SIAM J.Sci。计算。,36(2014),第C504-C523页,https://doi.org/10.1137/10912335。 ·兹比尔1307.65104
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