Parameterized partial differential equations (PDEs) underpin the mathematical modeling of complex systems in diverse domains, including engineering, healthcare, and physics. A central challenge in using PDEs for real-world applications is to accurately infer the parameters, particularly when the parameters exhibit non-linear and spatiotemporal variations. Existing parameter estimation methods, such as sparse identification, physics-informed neural networks (PINNs), and neural operators, struggle in such cases, especially with nonlinear dynamics, multiphysics interactions, or limited observations of the system response. To address these challenges, we introduce Neptune, a general-purpose method capable of inferring parameter fields from sparse measurements of system responses. Neptune employs independent coordinate neural networks to continuously represent each parameter field in physical space or in state variables. Across various physical and biomedical problems, where direct parameter measurements are prohibitively expensive or unattainable, Neptune significantly outperforms existing methods, achieving robust parameter estimation from as few as 45 measurements, reducing parameter estimation errors by two orders of magnitude and dynamic response prediction errors by a factor of ten to baselines such as PINNs and neural operators. More importantly, it exhibits superior physical extrapolation capabilities, enabling reliable predictions in regimes far beyond the training data. By facilitating reliable and data-efficient parameter inference, Neptune promises broad transformative impacts in engineering, healthcare, and beyond.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

【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
SIGIR2024|现实场景下的多模态知识图谱补全
专知会员服务
30+阅读 · 2024年5月11日
最新《图嵌入组合优化》综述论文,40页pdf
专知会员服务
35+阅读 · 2020年9月7日
《pyramid Attention Network for Semantic Segmentation》
统计学习与视觉计算组
44+阅读 · 2018年8月30日
半监督多任务学习:Semisupervised Multitask Learning
我爱读PAMI
18+阅读 · 2018年4月29日
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10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
3+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
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
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
VIP会员
最新内容
DeepSeek 版Claude Code,免费小白安装教程来了!
专知会员服务
5+阅读 · 5月5日
《美空军条令出版物 2-0:情报(2026版)》
专知会员服务
9+阅读 · 5月5日
帕兰提尔 Gotham:一个游戏规则改变器
专知会员服务
5+阅读 · 5月5日
【综述】 机器人学习中的世界模型:全面综述
专知会员服务
10+阅读 · 5月4日
伊朗的导弹-无人机行动及其对美国威慑的影响
相关VIP内容
【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
SIGIR2024|现实场景下的多模态知识图谱补全
专知会员服务
30+阅读 · 2024年5月11日
最新《图嵌入组合优化》综述论文,40页pdf
专知会员服务
35+阅读 · 2020年9月7日
相关基金
国家自然科学基金
3+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
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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员