This work addresses the development of a physics-informed neural network (PINN) with a loss term derived from a discretized time-dependent reduced-order system. In this work, first, the governing equations are discretized using a finite difference scheme (whereas, any other discretization technique can be adopted), then projected on a reduced or latent space using the Proper Orthogonal Decomposition (POD)-Galerkin approach and next, the residual arising from discretized reduced order equation is considered as an additional loss penalty term alongside the data-driven loss term using different variants of deep learning method such as Artificial neural network (ANN), Long Short-Term Memory based neural network (LSTM). The LSTM neural network has been proven to be very effective for time-dependent problems in a purely data-driven environment. The current work demonstrates the LSTM network's potential over ANN networks in physics-informed neural networks (PINN) as well. The potential of using discretized governing equations instead of continuous form lies in the flexibility of input to the PINN. Different sizes of data ranging from small, medium to big datasets are used to assess the potential of discretized-physics-informed neural networks when there is very sparse or no data available. The proposed methods are applied to a pitch-plunge airfoil motion governed by rigid-body dynamics and a one-dimensional viscous Burgers' equation. The current work also demonstrates the prediction capability of various discretized-physics-informed neural networks outside the domain where the data is available or governing equation-based residuals are minimized.


翻译:本文研究了一种基于物理信息的神经网络(PINN),其损失项来源于离散化的时间相关降阶系统。首先,采用有限差分格式对控制方程进行离散化(也可采用其他离散化技术),然后通过本征正交分解(POD)-伽辽金方法将其投影至降阶或潜在空间,接着将离散降阶方程产生的残差作为额外的损失惩罚项,与基于不同深度学习变体(如人工神经网络(ANN)、长短期记忆神经网络(LSTM))的数据驱动损失项相结合。LSTM神经网络已被证明在纯数据驱动的时变问题中非常有效,本文进一步展示LSTM网络在基于物理信息的神经网络(PINN)中相较于ANN网络的潜力。采用离散化控制方程而非连续形式的关键优势在于输入PINN的灵活性。本文使用从小型、中型到大型的不同规模数据集,评估离散化物理信息神经网络在数据极其稀疏或完全缺失情况下的潜力。所提方法被应用于刚体动力学驱动的俯仰-沉浮翼型运动以及一维粘性Burgers方程。此外,本文还展示了各类离散化物理信息神经网络在数据不可用或基于控制方程的残差最小化区域之外的预测能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
14+阅读 · 2021年7月20日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员