論文の概要: STCO: Conditional Neural Operators for Time-Dependent PDEs
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.20477v1
- Date: Thu, 20 Aug 2026 18:09:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-24 14:49:32.129621
- Title: STCO: Conditional Neural Operators for Time-Dependent PDEs
- Title(参考訳): STCO:時間依存型PDEのための条件付きニューラル演算子
- Abstract要約: 所定条件演算子学習(PCOL)のための時空間演算子(STCO)を導入する。
Flow-Aware Graph Leaf (FAGL)とDual-Site Feature-wise Linear Modulation (DSFiLM)を組み合わせた条件インタフェース
既存の物理的および時間的入力の異なる12のマッチングバックボーンアーキテクチャを評価した。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 8.239977577965861
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Neural operators have emerged as efficient surrogates for time-dependent physical systems governed by partial differential equations (PDEs), but their future-state predictions are often conditioned only on observed states and static problem descriptors. For control or optimization, however, body motion, inflow, or forcing are prescribed for the query without being determined solely by the observed state. We introduce the Spatiotemporal Conditional Operator (STCO) for prescribed-condition operator learning (PCOL), a common interface that supplies prescribed target-time condition fields to heterogeneous backbone architectures while retaining their architecture-specific core computation and context pathways. Its condition interface combines Flow-Aware Graph Leaf (FAGL) with Dual-Site Feature-wise Linear Modulation (DSFiLM). Non-learned FAGL uses vorticity from the final observed frame to construct a fixed-cardinality adaptive partition, then co-locates the observed history and target-time condition fields at its regional coordinates. DSFiLM injects separate motion, inflow, and force routes before and after operator computation through current-feature-driven slot- and channel-wise gates. We evaluate twelve matched backbone architectures with different existing physical and temporal inputs. The immersed-boundary computational fluid dynamics (CFD) benchmark spans prescribed motion, inflow disturbances, body-force actuation, and morphology. Across twelve matched backbones, three regimes, and two lead ranges, STCO yields mean paired reductions of 31.1% in relative-L2 field error and 24.7% in normalized pressure-derived load error. It also lowers longer-lead field error for 11 backbones, while interventions on individual condition groups produce measurable prediction changes for every group evaluated.
- Abstract(参考訳): ニューラル作用素は、偏微分方程式(PDE)によって支配される時間依存物理系の効率的なサロゲートとして現れてきたが、将来の予測は観測状態と静的問題記述子にのみ条件づけられることが多い。
しかし、制御や最適化のためには、観測状態のみによって決定されることなく、クエリに対して体の動き、流入、強制が規定される。
本研究では,所定条件演算子学習(PCOL)のための時空間演算子(STCO)を導入する。これはアーキテクチャ固有のコア計算とコンテキスト経路を維持しつつ,所定の目標時間条件フィールドを異種バックボーンアーキテクチャに供給する共通インターフェースである。
Flow-Aware Graph Leaf (FAGL)とDual-Site Feature-wise Linear Modulation (DSFiLM)を組み合わせる。
非学習型FAGLは、最終観測フレームからの渦を利用して、不動適応パーティションを構築し、その局所座標で観測された履歴と目標時間条件フィールドを共配置する。
DSFiLMは、現在の機能駆動のスロットワイドゲートとチャネルワイドゲートを通した演算子計算の前後で、別々の動き、流入、強制経路を注入する。
既存の物理的および時間的入力の異なる12のマッチングバックボーンアーキテクチャを評価した。
没入境界計算流体力学(CFD)ベンチマークは、所定の動き、流入障害、体力運動、形態にまたがる。
12個のマッチしたバックボーン、3つのレジーム、2つのリードレンジのうち、STCOは相対L2場誤差で31.1%、正規化圧力由来の負荷誤差で24.7%のペアの減少率を得る。
また、11個のバックボーンに対する長期のフィールドエラーを低減し、個々の条件群への介入は評価された各グループに対して測定可能な予測変化をもたらす。
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