Physics-informed neural networks (PINNs) have gained significant prominence as a powerful tool in the field of scientific computing and simulations. Their ability to seamlessly integrate physical principles into deep learning architectures has revolutionized the approaches to solving complex problems in physics and engineering. However, a persistent challenge faced by mainstream PINNs lies in their handling of discontinuous input data, leading to inaccuracies in predictions. This study addresses these challenges by incorporating the discretized forms of the governing equations into the PINN framework. We propose to combine the power of neural networks with the dynamics imposed by the discretized differential equations. By discretizing the governing equations, the PINN learns to account for the discontinuities and accurately capture the underlying relationships between inputs and outputs, improving the accuracy compared to traditional interpolation techniques. Moreover, by leveraging the power of neural networks, the computational cost associated with numerical simulations is substantially reduced. We evaluate our model on a large-scale dataset for the prediction of pressure and saturation fields demonstrating high accuracies compared to non-physically aware models.


翻译:物理信息神经网络(PINNs)作为科学计算与模拟领域的强大工具已获得显著关注。其将物理原理无缝融入深度学习架构的能力,为解决物理与工程中的复杂问题带来了范式革新。然而,主流PINNs在处理非连续输入数据时仍面临持续挑战,导致预测精度不足。本研究通过将控制方程的离散化形式纳入PINN框架来应对这些挑战。我们提出将神经网络的能力与离散微分方程所施加的动力学相结合。通过对控制方程进行离散化处理,PINN能够学习处理非连续性并准确捕捉输入与输出间的潜在关联,相较于传统插值技术显著提升了预测精度。此外,借助神经网络的计算优势,数值模拟相关的计算成本得到大幅降低。在用于预测压力场与饱和度场的大规模数据集上评估表明,与缺乏物理意识的模型相比,本方法展现出更高的预测精度。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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