Driven by the need for more efficient and seamless integration of physical models and data, physics-informed neural networks (PINNs) have seen a surge of interest in recent years. However, ensuring the reliability of their convergence and accuracy remains a challenge. In this work, we propose an efficient, gradient-less weighting scheme for PINNs that accelerates the convergence of dynamic or static systems. This simple yet effective attention mechanism is a bounded function of the evolving cumulative residuals and aims to make the optimizer aware of problematic regions at no extra computational cost or adversarial learning. We illustrate that this general method consistently achieves one order of magnitude faster convergence than vanilla PINNs and a minimum relative $L^{2}$ error of $\mathcal{O}(10^{-5})$, on typical benchmarks of the literature. The method is further tested on the inverse solution of the Navier-Stokes within the brain perivascular spaces, where it considerably improves the prediction accuracy. Furthermore, an ablation study is performed for each case to identify the contribution of the components that enhance the vanilla PINN formulation. Evident from the convergence trajectories is the ability of the optimizer to effectively escape from poor local minima or saddle points while focusing on the challenging domain regions, which consistently have a high residual score. We believe that alongside exact boundary conditions and other model reparameterizations, this type of attention mask could be an essential element for fast training of both PINNs and neural operators.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【图神经网络入门】GAT图注意力网络
深度学习自然语言处理
28+阅读 · 2020年5月16日
图神经网络入门(三)GAT图注意力网络
图与推荐
10+阅读 · 2020年5月14日
Graph Neural Networks 综述
计算机视觉life
30+阅读 · 2019年8月13日
神经网络常微分方程 (Neural ODEs) 解析
AI科技评论
43+阅读 · 2019年8月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
基于注意力机制的图卷积网络
科技创新与创业
74+阅读 · 2017年11月8日
【深度学习基础】4. Recurrent Neural Networks
微信AI
16+阅读 · 2017年7月19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
6+阅读 · 2017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
0+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
1+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
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
0+阅读 · 8月28日
Arxiv
37+阅读 · 2021年2月10日
VIP会员
最新内容
俄罗斯如何拦截乌克兰无人机与巡航导弹
专知会员服务
7+阅读 · 10月15日
《武器-目标分配问题:精确与近似求解算法》
专知会员服务
8+阅读 · 10月15日
综述|谁来改进机器人?迈向物理递归自我改进
专知会员服务
9+阅读 · 10月14日
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
10+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
13+阅读 · 10月13日
相关VIP内容
相关资讯
【图神经网络入门】GAT图注意力网络
深度学习自然语言处理
28+阅读 · 2020年5月16日
图神经网络入门(三)GAT图注意力网络
图与推荐
10+阅读 · 2020年5月14日
Graph Neural Networks 综述
计算机视觉life
30+阅读 · 2019年8月13日
神经网络常微分方程 (Neural ODEs) 解析
AI科技评论
43+阅读 · 2019年8月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
基于注意力机制的图卷积网络
科技创新与创业
74+阅读 · 2017年11月8日
【深度学习基础】4. Recurrent Neural Networks
微信AI
16+阅读 · 2017年7月19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
6+阅读 · 2017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
0+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
1+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
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