Ordinary and partial differential equations (DE) are used extensively in scientific and mathematical domains to model physical systems. Current literature has focused primarily on deep neural network (DNN) based methods for solving a specific DE or a family of DEs. Research communities with a history of using DE models may view DNN-based differential equation solvers (DNN-DEs) as a faster and transferable alternative to current numerical methods. However, there is a lack of systematic surveys detailing the use of DNN-DE methods across physical application domains and a generalized taxonomy to guide future research. This paper surveys and classifies previous works and provides an educational tutorial for senior practitioners, professionals, and graduate students in engineering and computer science. First, we propose a taxonomy to navigate domains of DE systems studied under the umbrella of DNN-DE. Second, we examine the theory and performance of the Physics Informed Neural Network (PINN) to demonstrate how the influential DNN-DE architecture mathematically solves a system of equations. Third, to reinforce the key ideas of solving and discovery of DEs using DNN, we provide a tutorial using DeepXDE, a Python package for developing PINNs, to develop DNN-DEs for solving and discovering a classic DE, the linear transport equation.


翻译:常微分方程和偏微分方程被广泛应用于科学与数学领域,用于建模物理系统。现有文献主要关注基于深度神经网络(DNN)的方法来求解特定微分方程或一类微分方程。具有使用微分方程模型历史的研究团体可能将基于DNN的微分方程求解器(DNN-DEs)视为当前数值方法的更快且可迁移的替代方案。然而,目前缺乏系统性的综述来详细描述DNN-DE方法在物理应用领域中的使用情况,以及指导未来研究的通用分类体系。本文对先前工作进行综述与分类,并为工程和计算机科学领域的高年级从业者、专业人士及研究生提供教育性指导。首先,我们提出一种分类体系,用于梳理DNN-DE框架下研究的微分方程系统领域。其次,我们考察物理信息神经网络(PINN)的理论与性能,以展示这一具有影响力的DNN-DE架构如何从数学角度求解方程组。第三,为强化使用DNN求解与发现微分方程的核心思想,我们提供使用DeepXDE(一个用于开发PINN的Python包)的教程,以开发DNN-DE来求解并发现经典微分方程——线性输运方程。

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
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
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
《多域战场上反制小型无人机系统》150页
专知会员服务
9+阅读 · 今天7:47
战场人工智能:增强陆地作战能力的发现与要求
专知会员服务
2+阅读 · 今天7:37
以人工智能为中心的指挥控制
专知会员服务
1+阅读 · 今天7:14
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
专知会员服务
11+阅读 · 6月10日
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
11+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
5+阅读 · 6月10日
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
16+阅读 · 6月10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
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员