Physics-Informed Neural Networks (PINNs) have emerged as a powerful tool for solving partial differential equations~(PDEs) in various scientific and engineering domains. However, traditional PINN architectures typically rely on large, fully connected multilayer perceptrons~(MLPs), lacking the sparsity and modularity inherent in many traditional numerical solvers. An unsolved and critical question for PINN is: What is the minimum PINN complexity regarding nodes, layers, and connections needed to provide acceptable performance? To address this question, this study investigates a novel approach by merging established PINN methodologies with brain-inspired neural network techniques. We use Brain-Inspired Modular Training~(BIMT), leveraging concepts such as locality, sparsity, and modularity inspired by the organization of the brain. With brain-inspired PINN, we demonstrate the evolution of PINN architectures from large, fully connected structures to bare-minimum, compact MLP architectures, often consisting of a few neural units! Moreover, using brain-inspired PINN, we showcase the spectral bias phenomenon occurring on the PINN architectures: bare-minimum architectures solving problems with high-frequency components require more neural units than PINN solving low-frequency problems. Finally, we derive basic PINN building blocks through BIMT training on simple problems akin to convolutional and attention modules in deep neural networks, enabling the construction of modular PINN architectures. Our experiments show that brain-inspired PINN training leads to PINN architectures that minimize the computing and memory resources yet provide accurate results.


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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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