Solving time-dependent partial differential equations (PDEs) is an important problem in computational science and engineering. Physics-informed neural networks (PINNs) learn PDE solutions from governing equations. However, accurately capturing temporal evolution remains challenging. Recent sequence-model-based approaches parameterize time evolution using general-purpose sequence models, which capture temporal dependencies but do not explicitly encode the structured dynamics of PDE solutions. In addition, their memory requirements can scale unfavorably with sequence length and resolution, limiting applicability in large-scale or high-dimensional settings. This work introduces a PINN approach that incorporates oscillatory state-space dynamics to represent the modal structure of PDE solutions. The proposed method leverages a linear-oscillator-based temporal evolution, together with a PDE-aware spectral basis in space. This design enables closed-form spatial differentiation and consistent enforcement of boundary conditions. The method is evaluated on forward, inverse, and high-dimensional PDE problems, including cases up to 100 spatial dimensions. The results show improved accuracy and reduced memory usage compared to recent sequence-model-based PINN approaches. Overall, this work highlights the benefits of incorporating structured dynamical priors into the temporal evolution of neural PDE solvers and suggests designing more physics-aligned and computationally efficient PINN architectures.


翻译:求解含时偏微分方程是计算科学与工程中的重要问题。物理信息神经网络通过控制方程学习偏微分方程的解,但准确捕捉时间演化仍具挑战性。现有基于序列模型的方法虽能利用通用序列模型参数化时间演化过程,却未显式编码偏微分方程解的结构化动力学特性,且其内存需求随序列长度与分辨率呈不利扩展,限制了大尺度或高维场景下的适用性。本文提出一种融入振荡状态空间动力学的物理信息神经网络方法,用以表征偏微分方程解的模态结构。该方法采用基于线性振荡器的时间演化机制,结合偏微分方程感知的空间谱基,实现解析形式的空间微分与一致边界条件约束。在前向、反演及高维偏微分方程问题(含100维空间维度算例)的评估中,该方法相较于近期基于序列模型的物理信息神经网络方法展现出更高的精度与更低的内存占用。本研究揭示了将结构化动力学先验融入神经偏微分方程求解器时间演化的优势,为设计更契合物理机制且计算高效的物理信息神经网络架构提供了思路。

0
下载
关闭预览

相关内容

【CIKM2025教程】用于连续时间分析的神经微分方程
专知会员服务
16+阅读 · 2025年11月16日
【CMU博士论文】用于物理模拟的高效深度学习模型
专知会员服务
31+阅读 · 2025年8月24日
「深度时间序列模型」综述
专知会员服务
44+阅读 · 2024年7月19日
基于神经网络的偏微分方程求解方法研究综述
专知会员服务
72+阅读 · 2022年12月7日
【Nature machine intelligence】闭型连续时间神经网络
专知会员服务
30+阅读 · 2022年11月17日
【AAAI 2022】神经分段常时滞微分方程
专知会员服务
35+阅读 · 2022年1月14日
神经网络常微分方程 (Neural ODEs) 解析
AI科技评论
42+阅读 · 2019年8月9日
脉冲神经网络(SNN)概述
人工智能前沿讲习班
62+阅读 · 2019年5月30日
用模型不确定性理解模型
论智
11+阅读 · 2018年9月5日
基于 Keras 用深度学习预测时间序列
R语言中文社区
23+阅读 · 2018年7月27日
时间序列深度学习:状态 LSTM 模型预测太阳黑子(上)
R语言中文社区
19+阅读 · 2018年6月15日
回归预测&时间序列预测
GBASE数据工程部数据团队
44+阅读 · 2017年5月17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
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
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 · 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
1+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
0+阅读 · 5月5日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 23分钟前
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 25分钟前
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
2+阅读 · 37分钟前
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 57分钟前
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关VIP内容
【CIKM2025教程】用于连续时间分析的神经微分方程
专知会员服务
16+阅读 · 2025年11月16日
【CMU博士论文】用于物理模拟的高效深度学习模型
专知会员服务
31+阅读 · 2025年8月24日
「深度时间序列模型」综述
专知会员服务
44+阅读 · 2024年7月19日
基于神经网络的偏微分方程求解方法研究综述
专知会员服务
72+阅读 · 2022年12月7日
【Nature machine intelligence】闭型连续时间神经网络
专知会员服务
30+阅读 · 2022年11月17日
【AAAI 2022】神经分段常时滞微分方程
专知会员服务
35+阅读 · 2022年1月14日
相关基金
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
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
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 · 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
1+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