We develop an interacting particle method (IPM) for computing the large deviation rate function of entropy production for diffusion processes, with emphasis on the vanishing-noise limit and high dimensions. The crucial ingredient to obtain the rate function is the computation of the principal eigenvalue $\lambda$ of elliptic, non-self-adjoint operators. We show that this principal eigenvalue can be approximated in terms of the spectral radius of a discretized evolution operator, which is obtained from an operator splitting scheme and an Euler--Maruyama scheme with a small time step size. We also show that this spectral radius can be accessed through a large number of iterations of this discretized semigroup, which is suitable for computation using the IPM. The IPM applies naturally to problems in unbounded domains and scales easily to high dimensions. We show numerical examples of dimensions up to 16, and the results show that our numerical approximation of $\lambda$ converges to the analytical vanishing-noise limit within visual tolerance with a fixed number of particles and a fixed time step size. It is numerically shown that the IPM can adapt to singular behaviors in the vanishing-noise limit. We also apply the IPM to explore situations with no explicit formulas of the vanishing-noise limit. Our paper appears to be the first one to obtain numerical results of principal eigenvalue problems for non-self-adjoint operators in such high dimensions.


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信息处理和管理(IPM)在计算机与信息科学的交叉点上发布了有关领域,包括但不限于商业、市场营销、广告、社交计算和信息技术等领域的理论、方法或应用的前沿研究。该杂志的目的是通过为及时传播高级和热门问题提供有效的论坛,从而在计算机与信息科学的交叉点上增进研究人员和从业人员的利益。该期刊对原始研究文章、研究调查文章、研究方法文章以及涉及研究关键应用的文章特别感兴趣。官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ipm/
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