Application of Neural Networks to river hydraulics is fledgling, despite the field suffering from data scarcity, a challenge for machine learning techniques. Consequently, many purely data-driven Neural Networks proved to lack predictive capabilities. In this work, we propose to mitigate such problem by introducing physical information into the training phase. The idea is borrowed from Physics-Informed Neural Networks which have been recently proposed in other contexts. Physics-Informed Neural Networks embed physical information in the form of the residual of the Partial Differential Equations (PDEs) governing the phenomenon and, as such, are conceived as neural solvers, i.e. an alternative to traditional numerical solvers. Such approach is seldom suitable for environmental hydraulics, where epistemic uncertainties are large, and computing residuals of PDEs exhibits difficulties similar to those faced by classical numerical methods. Instead, we envisaged the employment of Neural Networks as neural operators, featuring physical constraints formulated without resorting to PDEs. The proposed novel methodology shares similarities with data augmentation and regularization. We show that incorporating such soft physical information can improve predictive capabilities.


翻译:神经网络在河流水力学中的应用尚处于起步阶段,尽管该领域面临数据稀缺这一机器学习技术的挑战。因此,许多纯数据驱动的神经网络被证明缺乏预测能力。本研究提出通过引入物理信息至训练阶段来缓解该问题。该思路借鉴了近期在其他领域提出的物理信息神经网络。物理信息神经网络以控制现象的偏微分方程残差形式嵌入物理信息,本质上被构想为神经求解器(即传统数值求解器的替代方案)。此类方法鲜少适用于环境水力学领域——该领域认知不确定性较大,且计算偏微分方程残差时会遭遇与传统数值方法类似的困难。作为替代方案,我们设想将神经网络作为神经算子使用,其物理约束无需借助偏微分方程即可构建。这一创新方法与数据增强及正则化技术存在相似性。研究表明,融入此类软物理信息可显著提升预测能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
国家自然科学基金
1+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
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
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
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
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
0+阅读 · 8分钟前
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
0+阅读 · 18分钟前
以人工智能为中心的指挥控制
专知会员服务
0+阅读 · 41分钟前
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
8+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
3+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
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
7+阅读 · 6月10日
相关VIP内容
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18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
相关资讯
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
国家自然科学基金
1+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
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
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
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