We propose a general framework for solving forward and inverse problems constrained by partial differential equations, where we interpolate neural networks onto finite element spaces to represent the (partial) unknowns. The framework overcomes the challenges related to the imposition of boundary conditions, the choice of collocation points in physics-informed neural networks, and the integration of variational physics-informed neural networks. A numerical experiment set confirms the framework's capability of handling various forward and inverse problems. In particular, the trained neural network generalises well for smooth problems, beating finite element solutions by some orders of magnitude. We finally propose an effective one-loop solver with an initial data fitting step (to obtain a cheap initialisation) to solve inverse problems.


翻译:我们提出了一种求解偏微分方程约束的正问题和逆问题的通用框架,其中将神经网络插值到有限元空间以表示(部分)未知量。该框架克服了边界条件施加、物理信息神经网络中配置点选择以及变分物理信息神经网络集成等方面的挑战。数值实验证实了该框架处理各类正问题和逆问题的能力。特别地,训练后的神经网络对光滑问题具有良好的泛化能力,其精度比有限元解高数个数量级。最后,我们提出了一种有效的一环求解器,通过初始数据拟合步骤(以获得廉价初始值)来求解逆问题。

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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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