RESEARCH IN RESIDENCE
Projet BOUM de la SMAI

Variational and algebraic tools for the numerical integration of stochastic dynamics
Outils algébriques et variationnels pour l’intégration numérique de dynamiques stochastiques

13 – 17 April, 2026

Participants

Adrien Busnot Laurent (Inria Rennes)
Pierre Catoire (IUT Lens)
Léopold Trémant (Université d’Artois)

Geometric numerical integration is a central theory of numerical analysis that studies the preservation of geometric invariants by the numerical integrators. While the geometric numerical integration of ODEs and PDEs is a well developed field, its stochastic counterpart is an active field of research. In the past decade, several works studied the extension of backward error analysis to the stochastic context. One of the major results of geometric integration, backward analysis allows to understand a numerical scheme as the exact solution of a modified equation, and thus to obtain its geometric properties straightforwardly. Similar to the deterministic context, it was shown by the participants of the project (and collaborators) that stochastic backward analysis relies on tedious combinatorics involving Hopf algebras. In addition, the study of the preservation of measures, of crucial importance for practical applications in statistics and machine learning, involves advanced tools from variational calculus, such as the variational bicomplex. In this BOUM project, we will gather three young experts in stochastic numerics, combinatorics, and geometric integration for studying the numerical preservation of measures in the stochastic context with an algebraic approach. We will in particular study the aromatic bicomplex and the creation of high-order measure preserving stochastic methods. This week at CIRM will initiate long-lasting collaborations between pure and applied mathematicians for the development of stochastic geometric integration, and will yield new original approaches for the sampling of ergodic dynamics with high order.

L’intégration numérique géométrique est une théorie centrale de l’analyse numérique qui étudie la préservation des invariants géométriques par les intégrateurs numériques. Alors que l’intégration numérique géométrique des EDO et des EDP est un  domaine bien développé, sa contrepartie stochastique est un domaine de recherche actif. Au cours de la dernière décennie, plusieurs travaux ont étudié l’extension de l’analyse rétrograde au contexte stochastique. Un des résultats majeurs de l’intégration géométrique, l’analyse rétrograde permet de comprendre un schéma numérique comme la solution exacte d’une équation modifiée, et donc d’obtenir ses propriétés géométriques directement. Comme dans le contexte déterministe, les participants au projet (et leurs collaborateurs) ont montré que l’analyse rétrograde stochastique repose sur une combinatoire complexe impliquant des algèbres de Hopf. De plus, l’étude de la préservation des mesures, d’une importance cruciale pour les applications pratiques en statistique et en machine learning, fait appel à des outils avancés de calcul variationnel, tel que le bicomplexe variationnel. Dans ce projet BOUM, nous réunirons trois jeunes experts en numérique stochastique, combinatoire et intégration géométrique pour étudier la préservation numérique des mesures dans le contexte stochastique avec une approche algébrique. Nous étudierons en particulier le bicomplexe aromatique et la création de méthodes stochastiques préservant les mesures d’ordre élevé. Cette semaine au CIRM initiera des collaborations durables entre mathématiciens purs et appliqués pour le développement de l’intégration géométrique stochastique, et donnera lieu à de nouvelles approches originales pour l’échantillonnage d’ordre élevé de dynamiques ergodiques.

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