The dual norm characterisation of weak solutions of second-order linear elliptic partial differential equations is mathematically natural but computationally intractable: evaluating the $H^{-1}$ norm of the residual requires a supremum over an infinite-dimensional test space. We prove that the $H^{-1}$ norm of any functional is equivalent to its expected squared evaluation against a random test function whose probability distribution depends only on the domain. Crucially, realisations of this random test function have negative Sobolev regularity for $d \geq 2$, yet this roughness is not an obstacle: averaging over the distribution exactly recovers the correct weak topology, independently of the differential operator, and no supremum evaluation is necessary. This equivalence introduces the notion of stochastically weak solutions, which coincide with classical weak solutions, and motivates stochastic variational physics-informed neural networks (SV-PINNs): neural networks trained by minimising an empirical approximation of the stochastic norm of the PDE residual. Although instantiated here with neural networks, the underlying principle is independent of the trial space and suggests a broader paradigm for numerical methods based on stochastic rather than deterministic test spaces. The framework extends naturally to higher-order elliptic, parabolic and hyperbolic equations and to abstract operator equations on Hilbert spaces. As a proof of concept, we present numerical experiments on eight challenging second-order linear elliptic problems spanning high-frequency and multi-scale solutions, indefinite operators, variable coefficients, and non-standard domains, in which SV-PINNs consistently and significantly outperform standard PINNs, recovering solutions to within one percent relative error in hundreds of L-BFGS steps.


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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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