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.


翻译:我们开发了一种交互粒子方法(IPM),用于计算扩散过程熵产生的大偏差率函数,重点研究噪声趋于零的极限情形和高维问题。获取率函数的关键在于计算椭圆非自伴算子的主特征值λ。我们证明,该主特征值可通过离散演化算子的谱半径来近似,该算子由算子分裂格式和具有小时间步长的欧拉-丸山格式得到。我们还证明,该谱半径可通过该离散半群的大量迭代来逼近,这适用于使用IPM进行计算。IPM天然适用于无界区域问题,并能轻松扩展到高维情形。我们展示了维度高达16的数值算例,结果表明:在固定粒子数和固定时间步长下,我们对λ的数值近似值在视觉容差范围内收敛于解析的噪声趋于零极限。数值实验表明IPM能够适应噪声趋于零极限中的奇异行为。我们还应用IPM探索了不存在显式噪声趋于零极限公式的情形。本文似乎是首个在如此高维度下获得非自伴算子主特征值问题数值结果的研究。

0
下载
关闭预览

相关内容

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/
【NeurIPS2024】几何轨迹扩散模型
专知会员服务
24+阅读 · 2024年10月20日
【ICML2024】基于正则化的持续学习的统计理论
专知会员服务
20+阅读 · 2024年6月11日
【ICML2024】变分薛定谔扩散模型
专知会员服务
20+阅读 · 2024年5月11日
【NeurIPS2022】黎曼扩散模型
专知会员服务
42+阅读 · 2022年9月15日
【CVPR2021】跨模态检索的概率嵌入
专知
17+阅读 · 2021年3月2日
详解常见的损失函数
七月在线实验室
20+阅读 · 2018年7月12日
傅里叶变换和拉普拉斯变换的物理解释及区别
算法与数学之美
11+阅读 · 2018年2月5日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
【NeurIPS2024】几何轨迹扩散模型
专知会员服务
24+阅读 · 2024年10月20日
【ICML2024】基于正则化的持续学习的统计理论
专知会员服务
20+阅读 · 2024年6月11日
【ICML2024】变分薛定谔扩散模型
专知会员服务
20+阅读 · 2024年5月11日
【NeurIPS2022】黎曼扩散模型
专知会员服务
42+阅读 · 2022年9月15日
相关资讯
【CVPR2021】跨模态检索的概率嵌入
专知
17+阅读 · 2021年3月2日
详解常见的损失函数
七月在线实验室
20+阅读 · 2018年7月12日
傅里叶变换和拉普拉斯变换的物理解释及区别
算法与数学之美
11+阅读 · 2018年2月5日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员