Stochastic partial differential equations (SPDEs) are the mathematical tool of choice for modelling spatiotemporal PDE-dynamics under the influence of randomness. Based on the notion of mild solution of an SPDE, we introduce a novel neural architecture to learn solution operators of PDEs with (possibly stochastic) forcing from partially observed data. The proposed Neural SPDE model provides an extension to two popular classes of physics-inspired architectures. On the one hand, it extends Neural CDEs and variants -- continuous-time analogues of RNNs -- in that it is capable of processing incoming sequential information arriving irregularly in time and observed at arbitrary spatial resolutions. On the other hand, it extends Neural Operators -- generalizations of neural networks to model mappings between spaces of functions -- in that it can parameterize solution operators of SPDEs depending simultaneously on the initial condition and a realization of the driving noise. By performing operations in the spectral domain, we show how a Neural SPDE can be evaluated in two ways, either by calling an ODE solver (emulating a spectral Galerkin scheme), or by solving a fixed point problem. Experiments on various semilinear SPDEs, including the stochastic Navier-Stokes equations, demonstrate how the Neural SPDE model is capable of learning complex spatiotemporal dynamics in a resolution-invariant way, with better accuracy and lighter training data requirements compared to alternative models, and up to 3 orders of magnitude faster than traditional solvers.


翻译:软化部分差异方程式(SSPDEs)是随机影响下模拟超时PDE动力学的数学选择工具。基于SPDE的轻度溶液概念,我们引入了一种新的神经结构,学习PDE的溶液操作器,其(可能具有随机性)迫使部分观测数据脱离。拟议的神经SPDE模型将扩展至受物理启发的建筑的两个受欢迎的类别。一方面,它扩展神经性CDE和变异(RNNS的连续时间级等离子),因为它能够处理不规则地在时间和任意空间分辨率上观测到的传统顺序信息。另一方面,它扩展神经操作器,即神经网络的常规化,以模型绘制功能空间之间的绘图,因为它可以同时将SPDES的溶液操作器分解到两种受欢迎的类型。通过在光谱域内运行一个更快的神经性 SPDES规则,或者通过一个更清晰的模型解析式的SDAVDR,通过一个更精确的解算法,通过一个更精确的解算式的模型解算方法,通过一个更精确的SDE的解式的解算法式的模型, 包括一个更清晰的模级的解式的解式的解式的解式的解式的解码式的解码式的解式的解码式GALLALPLPLPLPLPL。

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