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研究内容

D. データ駆動科学による数理モデリング

Modelling based on data-driven science

 一般にプラズマは強い非平衡性と非線形性からそのダイナミックスは複雑であり、加えて運動論的効果が本質的な役割を果たすことから位相空間を取り扱う必要があるため、シミュレーションで結果が得られたとしても、その大規模なデータの背後に潜む物理を人間が理解できない場合が多いです。

 プラズマ・核融合基礎学分野では、得られたデータをニューラルネットワークと呼ばれる方法論を用いて機械学習することで、そのデータがどのような偏微分方程式で支配されているか推論する機械学習アルゴリズムを開発しています。本手法を用いることで、大規模シミュレーションで得られたデータを再現可能な代理モデルを効率的、かつ高精度に構築することが可能となります。

 右下図は位相空間5次元GKNETシミュレーションから得られたイオン温度Tおよび乱流強度Iの半径分布と、Physics Informed Neural Network(PINN)によって推論された同様の分布を比較して示しています。両者は統計的に良く一致しており、PINNによるモデルの再現性の高さが確認できます。また推論した代理モデルから、熱輸送係数が強い乱流強度依存性を持つことも見出しており、物理現象の理解する上でも有益な情報を引き出すことに成功しています。


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