Physics-Informed Neural Networks (PINNs) have gained much attention in various fields of engineering thanks to their capability of incorporating physical laws into the models. PINNs integrate the physical constraints by minimizing the partial differential equations (PDEs) residuals on a set of collocation points. The distribution of these collocation points appears to have a huge impact on the performance of PINNs and the assessment of the sampling methods for these points is still an active topic. In this paper, we propose a Fixed-Budget Online Adaptive Learning (FBOAL) method, which decomposes the domain into sub-domains, for training collocation points based on local maxima and local minima of the PDEs residuals. The effectiveness of FBOAL is demonstrated for non-parameterized and parameterized problems. The comparison with other adaptive sampling methods is also illustrated. The numerical results demonstrate important gains in terms of the accuracy and computational cost of PINNs with FBOAL over the classical PINNs with non-adaptive collocation points. We also apply FBOAL in a complex industrial application involving coupling between mechanical and thermal fields. We show that FBOAL is able to identify the high-gradient locations and even give better predictions for some physical fields than the classical PINNs with collocation points sampled on a pre-adapted finite element mesh built thanks to numerical expert knowledge. From the present study, it is expected that the use of FBOAL will help to improve the conventional numerical solver in the construction of the mesh.


翻译:物理信息神经网络(PINNs)凭借其将物理定律融入模型的能力,在工程各个领域引起了广泛关注。PINNs通过在一组配置点上最小化偏微分方程(PDEs)残差来整合物理约束。这些配置点的分布对PINNs的性能具有巨大影响,而针对这些点的采样方法评估仍是一个活跃的研究课题。本文提出了一种固定预算在线自适应学习方法(FBOAL),该方法将计算域分解为子域,基于PDEs残差的局部极大值和极小值来训练配置点。我们针对非参数化和参数化问题验证了FBOAL的有效性,并展示了与其他自适应采样方法的对比结果。数值结果表明,采用FBOAL的PINNs在计算精度和成本上相较于采用非自适应配置点的经典PINNs有显著提升。我们还将FBOAL应用于涉及机械场与热场耦合的复杂工业案例。研究表明,FBOAL能够识别高梯度区域,甚至在某些物理场上的预测效果优于基于数值专家知识构建的预自适应有限元网格上采样的经典PINNs。预期本研究将有助于改进传统数值求解器在网格构建中的应用。

0
下载
关闭预览

相关内容

自适应学习,也被称为自适应教学,是使用计算机算法来协调与学习者的互动,并提供定制学习资源和学习活动来解决每个学习者的独特需求的教育方法。在专业的学习情境,个人可以“试验出”一些训练方式,以确保教学内容的更新。根据学生的学习需要,计算机生成适应其特点的教育材料,包括他们对问题的回答和完成的任务和经验。该技术涵盖了各个研究领域和它们的衍生,包括计算机科学、人工智能、心理测验、教育学、心理学和脑科学。
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
9+阅读 · 6月14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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
相关基金
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员