Нейросети упростят сложные расчеты в науке и финансах
Исследователи из Центра искусственного интеллекта Сколтеха предложили новую архитектуру нейросети для генерации структурированных криволинейных координатных сеток — важного инструмента расчетов в физике, биологии и даже финансах.
Работа опубликована в журнале Scientific Reports. «Построение координатной сетки — ключевая задача для моделирования. Она нужна, чтобы разбить сложное пространство на маленькие понятные кусочки, где можно точно считать, как меняются разные величины — температура, скорость, давление и так далее. Без хорошей сетки расчеты становятся либо неточными, либо вообще невозможными: в физике они помогают моделировать движение жидкостей и газов, в биологии — рост тканей и распространение лекарств, в финансах — предсказывать колебания рынков. Предложенный подход открывает новые возможности в построении сеток с помощью искусственного интеллекта», — отмечает первый автор работы Бари Хайруллин, аспирант программы «Вычислительные системы и анализ данных в науке и технике» Сколтеха.
В отличие от традиционных методов, например уравнений Уинслоу, которые требуют численного решения систем дифференциальных уравнений, новая архитектура трактует нейросеть как диффеоморфизм между регулярной и физической областями. Это позволяет аналитически вычислять якобиан преобразования и оперативно перестраивать сетку при изменении распределения узлов.
Авторы рассмотрели два варианта — с использованием физических функционалов (Physics-Informed Neural Networks, PINN) и без них. Во втором случае удалось вывести аналитические оценки, обеспечивающие невырожденность отображения, контроль знака и нижней границы детерминанта якобиана. Это позволяет предотвратить появление перегибов и гарантировать биективность отображения.
Ключевое отличие предложенной архитектуры от существующих, таких как MGNet, заключается в использовании остаточных связей между слоями. Это позволяет интерпретировать отображение как последовательность малых деформаций, начиная от тождественного преобразования, и обеспечивает гибкий локальный контроль качества построенной сетки.
Численные эксперименты подтвердили эффективность подхода, в том числе для многосвязных областей, где особенно важна точность аппроксимации геометрии при решении уравнений в частных производных.
«Обработка геометрических преобразований с помощью нейросетей может стать новым этапом в развитии методов генерации сеток, — объясняет соавтор исследования Сергей Рыковaнов, руководитель Лаборатории суперкомпьютеров в искусственном интеллекте в Центре ИИ Сколтеха. — Следующим шагом станет обобщение результатов на трехмерные области».
Часть вычислений была выполнена на суперкомпьютере «Жорес» в Сколтехе.
Telegram 
Дзен 
VK Процессы, сопровождающие жизнь черных дыр, интересуют не только теоретиков. Ученые уже знают, что энергия и частицы могут покидать черные дыры и теперь работают над способами эту энергию использовать.
В ночь на 17 июля, в 01:45 по московскому времени, в Техасе должен состояться 13-й запуск мощнейшей ракеты в истории. Трансляция начнется за 30 минут до старта Starship.
Ученые подтвердили один из самых необычных эффектов Общей теории относительности (ОТО): вращение Земли действительно «увлекает» за собой пространство-время. Новое измерение, выполненное с помощью спутника LARES-2, оказалось примерно в 10 раз точнее предыдущих и еще сильнее ограничило пространство для альтернативных теорий гравитации.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно