"AI for Science" aims to solve fundamental scientific problems using AI techniques. As most physical phenomena can be described as Partial Differential Equations (PDEs) , approximating their solutions using neural networks has evolved as a central component of scientific-ML. Physics-Informed Neural Networks (PINNs) is the general method that has evolved for this task but its training is well-known to be very unstable. In this work we explore the possibility of changing the model being trained from being just a neural network to being a non-linear transformation of it - one that algebraically includes the boundary/initial conditions. This reduces the number of terms in the loss function than the standard PINN losses. We demonstrate that our modification leads to significant performance gains across a range of benchmark tasks, in various dimensions and without having to tweak the training algorithm. Our conclusions are based on conducting hundreds of experiments, in the fully unsupervised setting, over multiple linear and non-linear PDEs set to exactly solvable scenarios, which lends to a concrete measurement of our performance gains in terms of order(s) of magnitude lower fractional errors being achieved, than by standard PINNs. The code accompanying this manuscript is publicly available at, https://github.com/MorganREN/Improving-PINNs-By-Algebraic-Inclusion-of-Boundary-and-Initial-Conditions


翻译:“AI for Science”旨在利用人工智能技术解决基础科学问题。由于大多数物理现象可用偏微分方程描述,使用神经网络逼近其解已成为科学机器学习中的核心组成部分。物理信息神经网络是为该任务发展出的通用方法,但其训练过程众所周知极不稳定。本研究探讨将训练模型从单纯神经网络转变为神经网络的非线性变换的可能性——该变换通过代数方式直接纳入边界/初始条件。相较于标准PINN损失函数,这减少了损失函数的项数。我们证明,该改进方案在一系列基准任务中(涉及不同维度且无需调整训练算法)均带来显著的性能提升。我们的结论基于在完全无监督设置下进行的数百次实验,涵盖多个线性和非线性偏微分方程的精确可解场景,从而能够通过实现比标准PINN低数个数量级的相对误差来具体量化性能增益。本手稿的配套代码公开于:https://github.com/MorganREN/Improving-PINNs-By-Algebraic-Inclusion-of-Boundary-and-Initial-Conditions

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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
1+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
0+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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
21+阅读 · 2023年7月12日
Arxiv
19+阅读 · 2019年4月5日
VIP会员
最新内容
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
0+阅读 · 19分钟前
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
1+阅读 · 24分钟前
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
2+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
8+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
11+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
8+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
3+阅读 · 4月24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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
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
1+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
0+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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员