A new certified hierarchical and adaptive RB-ML-ROM surrogate model for parametrized PDEs

Haasdonk B, Kleikamp H, Ohlberger M, Schindler F, Wenzel T

Forschungsartikel (Zeitschrift) | Peer reviewed

Zusammenfassung

We present a new surrogate modeling technique for efficient approximation of input-output maps governed by parametrized PDEs. The model is hierarchical as it is built on a full order model (FOM), reduced order model (ROM) and machine-learning (ML) model chain. The model is adaptive in the sense that the ROM and ML model are adapted on-the-fly during a sequence of parametric requests to the model. To allow for a certification of the model hierarchy, as well as to control the adaptation process, we employ rigorous a posteriori error estimates for the ROM and ML models. In particular, we provide an example of an ML-based model that allows for rigorous analytical quality statements. We demonstrate the efficiency of the modeling chain on a Monte Carlo and a parameter-optimization example. Here, the ROM is instantiated by Reduced Basis Methods and the ML model is given by a neural network or a VKOGA kernel model.

Details zur Publikation

FachzeitschriftSIAM Journal on Scientific Computing (SIAM J. Sci. Comput.)
Jahrgang / Bandnr. / Volume45
Ausgabe / Heftnr. / Issue3
SeitenbereichA1039-1065
StatusVeröffentlicht
Veröffentlichungsjahr2023 (11.05.2023)
Sprache, in der die Publikation verfasst istEnglisch
Stichwörtermodel order reduction; machine learning; reduced basis methods; error estimation; neural networks; kernel methods

Autor*innen der Universität Münster

Kleikamp, Hendrik
Ohlberger, Mario
Schindler, Felix Tobias

Projekte, aus denen die Publikation entstanden ist

Laufzeit: 01.04.2020 - 31.12.2023
Gefördert durch: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt
Art des Projekts: Beteiligung an einem bundesgeförderten Verbund
Laufzeit: 01.01.2019 - 31.12.2025 | 1. Förderperiode
Gefördert durch: DFG - Exzellenzcluster
Art des Projekts: DFG-Hauptprojekt koordiniert an der Universität Münster
Laufzeit: 01.01.2019 - 31.12.2025 | 1. Förderperiode
Gefördert durch: DFG - Exzellenzcluster
Art des Projekts: Teilprojekt in DFG-Verbund koordiniert an der Universität Münster

Vorträge zur Publikation

A certified and adaptive RB-ML-ROM surrogate approach for parametrized PDEs
Kleikamp, Hendrik (21.07.2022)
YMMOR - Young Mathematicians in Model Order Reduction, Münster
Art des Vortrags: wissenschaftlicher Vortrag
A certified and adaptive RB-ML-ROM surrogate approach for parametrized PDEs
Kleikamp, Hendrik (16.06.2022)
HCM Workshop: Synergies between Data Science and PDE Analysis, Bonn
Art des Vortrags: wissenschaftlicher Vortrag

Promotionen, aus denen die Publikation resultiert

Parametrized optimal control and transport-dominated problems: Reduced basis methods, nonlinear reduction strategies and data driven surrogates
Promovend*in: Kleikamp, Hendrik | Betreuer*innen: Ohlberger, Mario | Gutachter*innen: Ohlberger, Mario; Breiten, Tobias
Zeitraum: 01.01.2021 - 19.12.2024
Promotionsverfahren erfolgt(e) an: Promotionsverfahren an der Universität Münster