Machine Learning for Effective Computation in Multiscale Hyperbolic Systems

用于多尺度双曲系统中有效计算的机器学习

基本信息

  • 批准号:
    2208504
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-07-15 至 2025-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

In physical science and engineering applications, it is often necessary to solve systems of differential equations that involve many temporal and length scales. Direct numerical simulations for these equations are often computationally infeasible. This research program aims to reduce the overall wall-clock computation time for simulations of multiscale dynamical systems found in applications by developing algorithms that leverage recent advancements in machine learning and parallel-in-time algorithms. The goal is to provide a systematic approach that can be generalized to other multiscale time-dependent problems and improve the efficacy of a class of existing methodologies. The algorithms will enable realistic computer simulations in a class of important applications, including molecular dynamics and seismic imaging, on massively parallel exascale computer architectures. The machine learning aspects of this project will attract students to scientific computing and stimulate further interdisciplinary work. Such training will be essential for preparing the future generation of researchers in scientific computing in the era of data science and artificial intelligence. This project concerns multiscale oscillatory dynamical systems, in which phase errors typically dominate the numerical solutions and do not dissipate in time, making accurate long-time simulations very difficult. This research program aims to construct effective solution operators for multiscale dynamical systems by using modern machine learning approaches combined with good training examples that properly sample the physics and causality in the system. Accordingly, a central focus of this research program is to develop a framework for the generation of effective training data that correctly sample the strong causality in the hyperbolic systems. The flow-based ensemble sampling strategy under study exploits the physical properties of the targeted systems. The program also includes a “self-improving” iterative procedure, which not only enables massive parallel-in-time computation but also improves the accuracy of machine learning-based computations. The project will directly involve two graduate students and the mentoring of undergraduate students.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在物理科学和工程应用中,经常需要求解涉及许多时间和长度尺度的微分方程组。这些方程的直接数值模拟通常在计算上是不可行的。该研究计划旨在通过开发利用机器学习和时间并行算法的最新进展的算法,减少应用中发现的多尺度动力系统模拟的整体挂钟计算时间。我们的目标是提供一个系统的方法,可以推广到其他多尺度的时间依赖性问题,并提高现有的一类方法的效率。该算法将使现实的计算机模拟一类重要的应用,包括分子动力学和地震成像,大规模并行exascale计算机架构。该项目的机器学习方面将吸引学生进行科学计算,并刺激进一步的跨学科工作。这种培训对于培养数据科学和人工智能时代科学计算方面的未来一代研究人员至关重要。该项目涉及多尺度振荡动力学系统,其中相位误差通常占主导地位的数值解,并不及时消散,使准确的长时间模拟非常困难。该研究计划旨在通过使用现代机器学习方法结合良好的训练示例来构建多尺度动力系统的有效解算子,这些训练示例可以正确地对系统中的物理和因果关系进行采样。因此,本研究计划的中心重点是开发一个框架,用于生成有效的训练数据,正确采样双曲系统中的强因果关系。正在研究的基于流的总体采样策略利用了目标系统的物理特性。该程序还包括一个“自我改进”的迭代过程,它不仅可以实现大规模的时间并行计算,还可以提高基于机器学习的计算的准确性。该项目将直接涉及两名研究生和本科生的指导。该奖项反映了NSF的法定使命,并已被认为是值得通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估的支持。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Bjorn Engquist其他文献

Optimal transport for elastic source inversion
弹性源反演的最优输运
Homogenization Model for Aberrant Crypt Foci
异常隐窝病灶的均质化模型
  • DOI:
    10.1137/140967660
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    I. Figueiredo;C. Leal;G. Romanazzi;Bjorn Engquist
  • 通讯作者:
    Bjorn Engquist
Model recovery below reflectors by optimal-transport FWI
通过最佳传输 FWI 进行反射器下方的模型恢复
A MULTISCALE METHOD FOR HIGHLY OSCILLATORY ORDINARY DIFFERENTIAL EQUATIONS WITH RESONANCE IN MEMORY OF GERMUND DAHLQUIST
纪念Germund Dahlquist的高振荡常微分方程的多尺度方法
  • DOI:
  • 发表时间:
    2007
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Gil Ariel;Bjorn Engquist;Richard Tsai
  • 通讯作者:
    Richard Tsai
In Memory of Andrew J. Majda Bjorn Engquist, Panagiotis Souganidis, Samuel N. Stechmann, and Vlad Vicol
纪念 Andrew J. Majda Bjorn Engquist、Panagiotis Souganidis、Samuel N. Stechmann 和 Vlad Vicol
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bjorn Engquist;Panagiotis Souganidis;S. Stechmann;V. Vicol
  • 通讯作者:
    V. Vicol

Bjorn Engquist的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Bjorn Engquist', 18)}}的其他基金

A New Multiscale Framework for Hyperbolic Problems
双曲线问题的新多尺度框架
  • 批准号:
    1913209
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Parallel Multiscale Algorithms for Dynamical Systems
动力系统的并行多尺度算法
  • 批准号:
    1620396
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Multiscale Computations of Time Dependent Highly Oscillatory Systems
瞬态高振荡系统的多尺度计算
  • 批准号:
    1522792
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Multiscale Computation of Highly Oscillatory Dynamical Systems
高振荡动力系统的多尺度计算
  • 批准号:
    1217203
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Multiscale Algorithms for Wave Propagation
波传播的多尺度算法
  • 批准号:
    1016577
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Multiscale Computations of Stiff Oscillatory Ordinary Differential Equations
刚性振荡常微分方程的多尺度计算
  • 批准号:
    0714612
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

Scalable Learning and Optimization: High-dimensional Models and Online Decision-Making Strategies for Big Data Analysis
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    万元
  • 项目类别:
    合作创新研究团队
Understanding structural evolution of galaxies with machine learning
  • 批准号:
    n/a
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
煤矿安全人机混合群智感知任务的约束动态多目标Q-learning进化分配
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于领弹失效考量的智能弹药编队短时在线Q-learning协同控制机理
  • 批准号:
    62003314
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
集成上下文张量分解的e-learning资源推荐方法研究
  • 批准号:
    61902016
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
具有时序迁移能力的Spiking-Transfer learning (脉冲-迁移学习)方法研究
  • 批准号:
    61806040
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于Deep-learning的三江源区冰川监测动态识别技术研究
  • 批准号:
    51769027
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    38.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
具有时序处理能力的Spiking-Deep Learning(脉冲深度学习)方法研究
  • 批准号:
    61573081
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    64.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于有向超图的大型个性化e-learning学习过程模型的自动生成与优化
  • 批准号:
    61572533
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    66.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
E-Learning中学习者情感补偿方法的研究
  • 批准号:
    61402392
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Unravel machine learning blackboxes -- A general, effective and performance-guaranteed statistical framework for complex and irregular inference problems in data science
揭开机器学习黑匣子——针对数据科学中复杂和不规则推理问题的通用、有效和性能有保证的统计框架
  • 批准号:
    2311064
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Optimization and Validation of a Cost-effective Image-Guided Automated Extracapsular Extension Detection Framework through Interpretable Machine Learning in Head and Neck Cancer
通过可解释的机器学习在头颈癌中优化和验证具有成本效益的图像引导自动囊外扩展检测框架
  • 批准号:
    10648372
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
Human-machine learning of ambiguities to support safe, effective, and legal decision making
人机学习歧义以支持安全、有效、合法的决策
  • 批准号:
    EP/X030156/1
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Research Grant
III: Small: A New Machine Learning Paradigm Towards Effective yet Efficient Foundation Graph Learning Models
III:小型:一种新的机器学习范式,实现有效且高效的基础图学习模型
  • 批准号:
    2321504
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Using Machine Learning for Effective Personalized Treatments
使用机器学习进行有效的个性化治疗
  • 批准号:
    RGPIN-2019-04927
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Effective Training Programmes for Military Pilots using Machine Learning with Real and Simulated Data
使用真实和模拟数据的机器学习为军事飞行员提供有效的培训计划
  • 批准号:
    2748709
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Studentship
Machine Learning In Medicine: Evaluating Critical Barriers to Effective and Equitable Implementation Within Clinical Decision Making
医学中的机器学习:评估临床决策中有效和公平实施的关键障碍
  • 批准号:
    475628
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Studentship Programs
LabGenius: Using synthetic biology, machine learning and robotics to discover a safer, more effective Nectin-4 T-cell engager for advanced cancers.
LabGenius:利用合成生物学、机器学习和机器人技术来发现一种更安全、更有效的 Nectin-4 T 细胞接合剂,用于治疗晚期癌症。
  • 批准号:
    10036093
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Collaborative R&D
Lung Biomechanical Modelling Driven by Machine Learning Algorithm Towards Effective Lung Cancer Radiation Therapy
机器学习算法驱动的肺部生物力学建模实现有效的肺癌放射治疗
  • 批准号:
    RGPIN-2019-06619
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
SBIR Phase I: Smartphone-Based Machine Learning and Computer Vision for Cost-Effective Verification of Forest Carbon Offsets
SBIR 第一阶段:基于智能手机的机器学习和计算机视觉,用于经济高效地验证森林碳抵消
  • 批准号:
    2212767
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 45万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了