Physics-informed neural networks (PINNs) have earned high expectations in solving partial differential equations (PDEs), but their optimization usually faces thorny challenges due to the unique derivative-dependent loss function. By analyzing the loss distribution, previous research observed the propagation failure phenomenon of PINNs, intuitively described as the correct supervision for model outputs cannot ''propagate'' from initial states or boundaries to the interior domain. Going beyond intuitive understanding, this paper provides a formal and in-depth study of propagation failure and its root cause. Based on a detailed comparison with classical finite element methods, we ascribe the failure to the conventional single-point-processing architecture of PINNs and further prove that propagation failure is essentially caused by the lower gradient correlation of PINN models on nearby collocation points. Compared to superficial loss maps, this new perspective provides a more precise quantitative criterion to identify where and why PINN fails. The theoretical finding also inspires us to present a new PINN architecture, named ProPINN, which can effectively unite the gradients of region points for better propagation. ProPINN can reliably resolve PINN failure modes and significantly surpass advanced Transformer-based models with 46% relative promotion.


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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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