Physics-informed neural networks (PINNs) provide a mesh-free framework for solving PDE-constrained inverse problems, but their extension to Bayesian inversion still faces a fundamental difficulty: prior distributions are typically defined in the weight space of neural networks, whereas physically meaningful prior assumptions are more naturally expressed in function space. In this study, we introduce a unified framework, termed functional-prior-based approaches to Bayesian PDE-constrained inversion using physics-informed neural networks (fpBPINN), to incorporate functional priors into Bayesian PINN-based inversion. We consider two complementary approaches. The first is a functional-prior-informed Bayesian PINN (FPI-BPINN), in which a neural network weight prior is learned to be consistent with a prescribed functional prior, and Bayesian inference is subsequently performed in weight space. The second is function-space particle-based variational inference for PINNs (fParVI-PINN), which performs Bayesian estimation using ParVI directly in function space. We also show that random Fourier features (RFF) play an important role in representing Gaussian functional priors with neural networks and in improving posterior approximation. We applied the proposed approaches to one-dimensional seismic traveltime tomography and two-dimensional Darcy-flow permeability inversion. These numerical experiments showed that both approaches accurately estimated posterior distributions, highlighting the significance of introducing physically interpretable functional priors into Bayesian PINN-based inverse problems. We also identified the contrasting advantages of FPI-BPINN and fParVI-PINN, namely flexibility and accuracy, respectively.


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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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