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度量空间上的非线性模型约简。Wasserstein空间中一维保守偏微分方程的应用。 (英语) Zbl 1476.65267号

摘要:我们考虑参数化偏微分方程的模型约简问题,其目标是以降低的计算成本近似属于解集的任何函数。为此,迄今为止大多数策略的底线都是基于Hilbert或Banach空间上线性空间对解集的近似。只有当集合的Kolmogorov宽度快速衰减时,这种方法才有望成功。虽然这是某些抛物或椭圆问题的情况,但大多数以输运为主导的问题都会呈现缓慢的衰减宽度,需要研究非线性近似方法。在这项工作中,我们建议用适当定义的距离概念从一般度量空间的角度来解决约简问题。我们发展并比较了两种不同的方法,一种是基于重心的方法,另一种是当度量空间具有额外的黎曼结构时使用切线空间的方法。由于一般度量空间中不存在线性向量空间的概念,这两种方法都导致了非线性逼近方法。对于一维保守偏微分方程,我们从理论和数值上证明了它们在降低复杂性方面的有效性,其中潜在的度量空间可以选择为(L^2)-Wasserstein空间。

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65米70 偏微分方程初值和初边值问题的谱、配置及相关方法
6500万06 偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
65号35 偏微分方程边值问题的谱、配置及相关方法
65个M12 含偏微分方程初值和初边值问题数值方法的稳定性和收敛性
65平方米 含偏微分方程初值和初边值问题离散方程的数值解
65D40型 高维函数的数值逼近;稀疏网格

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参考文献:

[1] R.Abgrall、D.Amsallem和R.Crisovan,通过字典进行的(L^1)范数最小化和近似稳健模型约简:非线性双曲问题的应用。高级模型。模拟。工程科学。3 (2016) 1.
[2] B.M.Afkham和J.S.Hesthaven,参数哈密顿系统的保结构模型约简。SIAM J.科学。计算。39(2017)A2616-A2644·Zbl 1379.78019号
[3] M.Agueh和G.Carlier,《Wasserstein空间中的重心》。SIAM J.数学。分析。43(2011)904-924·Zbl 1223.49045号 ·数字对象标识代码:10.1137/100805741
[4] D.Amsallem和C.Farhat,用于调整降阶模型的插值方法以及在气动弹性中的应用。AIAA J.46(2008)1803-1813。
[5] D.Amsallem和B.Haasdonk,PEBL-ROM:基于投影误差的局部降阶模型。高级模型。模拟。工程科学。3 (2016) 6.
[6] D.Amsallem、M.J.Zahr和C.Farhat,基于局部降阶基的非线性模型降阶。国际期刊数字。方法工程92(2012)891-916·Zbl 1352.65212号
[7] M.Barrault,Y.Maday,N.C.Nguyen和A.T.Patera,“经验插值”方法:应用于偏微分方程的有效降基离散化。C.R.学院。科学。巴黎。I 339(2004)667-672·Zbl 1061.65118号 ·doi:10.1016/j.crma.2004.08.006
[8] P.Benner、A.Cohen、M.Ohlberger和K.Willcox,《模型简化和近似:理论和算法》。第15卷。SIAM(2017)·Zbl 1378.65010号 ·doi:10.1137/1.9781611974829
[9] J.Bigot,R.Gouet,T.Klein和A.López,通过凸PCA在Wasserstein空间中进行测地PCA。普罗巴·亨利·彭卡雷(Henri Poincaré)安研究所。Stat.53(2017)1-26·Zbl 1362.62065号 ·doi:10.1214/15-AIHP706
[10] P.Binev、A.Cohen、W.Dahmen、R.DeVore、G.Petrova和P.Wojtaszczyk,缩减基方法中贪婪算法的收敛速度。SIAM J.数学。分析。43 (2011) 1457-1472. ·Zbl 1229.65193号 ·数字对象标识代码:10.1137/100795772
[11] P.Binev、A.Cohen、O.Mula和J.Nichols,使用简化模型进行状态估计时最优测量选择的贪婪算法。SIAM/ASA J.不确定性数量。6 (2018) 1101-1126. ·Zbl 1407.65256号 ·doi:10.1137/17M1157635
[12] A.Blanchet和P.Laurençot,临界扩散为梯度流的抛物线-抛物线Keller-Segel系统\(ℝ^{}\)d,d≥3。Commun公司。第部分。不同。等于。38 (2013) 658-686. ·Zbl 1282.35202号 ·doi:10.1080/0305302.2012.757705
[13] A.Bressanand M.Fonte,Camassa-Holm方程解的最优运输度量。方法应用。分析。12 (2005) 191-219. ·Zbl 1133.35054号
[14] N.Cagniart,Y.Maday和B.Stamm,大对流效应问题的模型降阶。In:对偏微分方程和应用的贡献。斯普林格(2019)131-150·Zbl 1416.35021号 ·doi:10.1007/978-3319-78325-3_10
[15] K.Carlberg,降阶模型的自适应h精化。国际期刊数字。方法工程102(2015)1192-1210·Zbl 1352.65136号
[16] J.A.Carrillo、K.Grunert和H.Holden,Hunter-Saxton方程的lipschitz度量。Commun公司。第部分。差异Equ。44 (2019) 309-334. ·Zbl 1420.35305号 ·doi:10.1080/03605302.2018.1547744
[17] E.Cazelles、V.Seguy、J.Bigot、M.Cuturi和N.Papadakis,Wasserstein空间直方图的对数PCA与测地PCA。预印本(2017)·Zbl 1387.62077号
[18] L.Chizat、G.Peyré、B.Schmitzer和F.-X.Vialard,《不平衡运输问题的缩放算法》。数学。计算。87 (2018) 2563-2609. ·Zbl 1402.90120号
[19] L.Chizat、B.Schmitzer、G.Peyre和F.-X.Vialard,最佳运输和Fischer-Rao之间的内插距离。已找到。计算。数学。18 (2018) 1-44. ·Zbl 1385.49031号 ·doi:10.1007/s10208-016-9331-y
[20] A.Cohen和R.DeVore,全纯映射下的Kolmogorov宽度。IMA J.数字。分析。36 (2016) 1-12. ·Zbl 1336.41010号
[21] A.Cohen,R.DeVore和C.Schwab,一类椭圆sPDE的最佳n项galerkin逼近的收敛速度。已找到。计算。数学。10 (2010) 615-646. ·Zbl 1206.60064号 ·doi:10.1007/s10208-010-9072-2
[22] A.Cohen,R.DeVore和C.Schwab,参数和随机椭圆偏微分方程的解析正则性和多项式逼近。分析。应用程序。9 (2011) 11-47. ·Zbl 1219.35379号 ·doi:10.1142/S0219530511001728
[23] A.Cohen,W.Dahman和R.DeVore,使用随机训练集的降基贪婪选择。预印本(2018)·Zbl 1444.62113号
[24] Z.Ding、G.Fleishman、X.Yang、P.Thompson、R.Kwitt和M.Niethammer,快速预测简单测地回归。收录于:第14届国际会议,由M.Cardoso等人编辑,计算机科学讲稿第1053卷。查姆施普林格(2017)。
[25] F.Feppon和P.F.J.Lermusiaux,动力学模型降阶的几何方法。SIAM J.矩阵分析。应用程序。39 (2018) 510-538. ·Zbl 1395.65111号 ·doi:10.1137/16M1095202
[26] P.T.Fletcher,C.Lu,S.M.Pizer和S.C.Joshi,用于形状非线性统计研究的主测地线分析。IEEE传输。医学成像23(2004)995-1005·doi:10.1109/TMI.2004.831793
[27] J.P.Gazeau和P.Winternitz,变系数Korteweg-de-Vries方程的对称性。数学杂志。物理学。33 (1992) 4087-4102. ·Zbl 0767.35077号
[28] L.Giacomelli和F.Otto,Hele-Shaw流润滑近似的Variatonal公式。计算变量零件。差异Equ。13 (2001) 377-403. ·Zbl 1086.35004号 ·doi:10.1007/s00526000077
[29] U.Gianazza、G.Savaré和G.Toscani,Fisher信息的Wasserstein梯度流和量子漂移扩散方程。架构(architecture)。比率。机械。分析。194 (2009) 133-220. ·Zbl 1223.35264号 ·doi:10.1007/s00205-008-0186-5
[30] F.J.Gonzalez和M.Balajewicz,使用深度卷积递归自动编码器学习低维特征动力学。预印本(2018)。
[31] C.Greif和K.Urban,波问题的Kolmogorov N宽度衰减。申请。数学。莱特。96 (2019) 216-222. ·Zbl 1423.35242号
[32] M.A.Grepl、Y.Maday、N.C.Nguyen和A.T.Patera,非仿射和非线性偏微分方程的高效约化基处理。ESAIM:M2AN 41(2007)575-605·Zbl 1142.65078号 ·doi:10.1051/m2an:2007031
[33] J.S.Hesthaven和C.Pagliantini,具有非线性泊松结构的哈密顿系统的结构保持约化基方法。技术报告(2018)。
[34] J.S.Hesthaven,G.Rozza和B.Stamm,参数化偏微分方程的简化基方法。施普林格数学简报(2015)·Zbl 1329.65203号
[35] S.Huckemann,T.Hotz和A.Munk,内禀形状分析:黎曼流形模等距李群作用的测地PCA。统计正弦。20 (2010) 1-58. ·兹比尔1180.62087
[36] A.Iollo和D.Lombardi,最佳质量传递的平流模式。物理学。版本E 89(2014)022923。
[37] R.Jordan,D.Kinderlehrer和F.Otto,福克-普朗克方程的变分公式。SIAM J.数学。分析。29 (1998) 1-17. ·兹比尔0915.35120 ·doi:10.1137/S0036141096303359
[38] B.N.Khoromskij和C.Schwab,参数和随机椭圆偏微分方程的张量结构Galerkin近似。SIAM J.科学。计算。33 (2011) 364-385. ·Zbl 1243.65009号
[39] O.Koch和C.Lubich,动力学低阶近似。SIAM J.矩阵分析。应用程序。29 (2007) 434-454. ·Zbl 1145.65031号 ·数字对象标识代码:10.1137/050639703
[40] O.Koch和C.Lubich,动力学张量近似。SIAM J.矩阵分析。应用程序。31 (2010) 2360-2375. ·Zbl 1214.15017号 ·数字对象标识码:10.1137/09076578X
[41] K.Lee和K.Carlberg,使用深度卷积自编码器对非线性流形上动力系统的模型简化。预印本(2018)。
[42] M.Liero、A.Mielke和G.Savaré,反应竞争中的最优运输:Hellinger-Kantorovich距离和测地曲线。SIAM J.数学。分析。48 (2016) 2869-2911. ·Zbl 1347.49078号 ·数字对象标识代码:10.1137/15M1041420
[43] Y.Maday和O.Mula,《广义经验插值法:简化基技术在数据同化中的应用》,F.Brezzi、P.C.Franzone、U.Gianazza和G.Gilardi编辑。收录:Springer INdAM系列第4卷。偏微分方程的分析与数值,Springer Milan(2013)221-235·Zbl 1267.62013年 ·doi:10.1007/978-88-470-2592-9_13
[44] Y.Maday,A.Manzoni和A.Quarteroni,参数化对流主导问题的约化基近似的在线内禀稳定策略。C.R.数学。354 (2016) 1188-1194. ·兹比尔1353.65093
[45] Y.Maday,O.Mula和G.Turinici,广义经验插值法的收敛性分析。SIAM J.数字。分析。54 (2016) 1713-1731. ·Zbl 1347.41044号
[46] R.Mosquera、A.Hamdouni、A.El Hamidi和C.Allery,通过格拉斯曼流形上的逆距离加权进行POD基插值。光盘。续Dyn。系统-S 12(2019)1743·Zbl 1464.65056号
[47] S.Mowlavi和T.P.Sapsis,具有连续对称性的随机动力系统的模型降阶。SIAM J.科学。计算。40(2018)A1669-A1695·Zbl 06890197号
[48] E.Musharbash、F.Nobile和T.Zhou,含时随机偏微分方程动态正交逼近的误差分析。SIAM J.科学。计算。37(2015)A776-A810·Zbl 1320.65149号
[49] N.J.Nair和M.Balajewicz,含参数相关激波的参数化稳态流体流动的传输快照模型降阶方法,国际期刊Numer。方法工程(2018)117(2019)1234-1262·doi:10.1002/nme.5998
[50] M.Niethammer、R.Kwitt和F.-X.Vialard,图像配准的度量学习。摘自:IEEE计算机视觉和模式识别会议记录(2019)8463-8472。
[51] M.Ohlberger和S.Rave,通过冻结方法对参数化发展方程进行非线性约化基近似。C.R.数学。351 (2013) 901-906. ·Zbl 1281.65117号
[52] M.Ohlberger和S.Rave,简化基础方法:成功、局限性和未来挑战。摘自:会议论文集算法(2016)1-12。
[53] F.Otto,耗散演化方程的几何:多孔介质方程。Commun公司。第部分。不同。等于。26 (2001) 101-174. ·Zbl 0984.35089号 ·doi:10.1081/PDE-100002243
[54] B.Peherstorfer、D.Butnaru、K.Willcox和H.-J.Bungartz,局部离散经验插值法。SIAM J.科学。计算。36(2014)A168-A192·Zbl 1290.65080号
[55] X.Pennec,流形上的重心子空间分析。Ann.Stat.46(2018)2711-2746·Zbl 1410.60018号
[56] A.Quarteroni、A.Manzoni和F.Negri,偏微分方程的约化基方法:简介。施普林格92(2015)·Zbl 1337.65113号
[57] Z.Shen,F.-X.Vialard和M.Niethammer,区域特异性微分同胚度量映射。NeurIPS。预印本(2019年)。
[58] S.Sommer、F.Lauze和M.Nielsen,精确主测地线分析的测地线优化。高级计算。数学。40(2014)283-313·Zbl 1300.65045号
[59] D.Torlo、F.Ballarin和G.Rozza,随机输入参数化平流主导问题的稳定加权约化基方法。SIAM/ASA J.不确定性数量。6 (2018) 1475-1502. ·兹比尔1408.35021 ·doi:10.1137/17M1163517
[60] C.维拉尼,最佳交通主题。收录于:数学研究生课程第58卷。美国数学学会(2003)·Zbl 1106.90001号 ·doi:10.1090/gsm/058
[61] G.Welper,转换快照插值。预印本(2015)·Zbl 1452.65297号
[62] G.Welper、h和hp-参数和随机双曲偏微分方程的转换快照自适应插值。预印本(2017)·Zbl 1370.41050号
[63] J.Zinsl和D.Matthes,模拟趋化性的耦合梯度流系统中指数收敛到平衡。分析。部分差异。等于。8 (2015) 425-466. ·Zbl 1319.35076号
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