Physics-informed neural networks (PINNs) have recently emerged as a prominent paradigm for solving partial differential equations (PDEs), yet their training strategies remain underexplored. While hard prioritization methods inspired by finite element methods are widely adopted, recent research suggests that easy prioritization can also be effective. Nevertheless, we find that both approaches exhibit notable trade-offs and inconsistent performance across PDE types. To address this issue, we develop a hybrid strategy that combines the strengths of hard and easy prioritization through an alternating training algorithm. On PDEs with steep gradients, nonlinearity, and high dimensionality, the proposed method achieves consistently high accuracy, with relative L2 errors mostly in the range of O(10^-5) to O(10^-6), significantly surpassing baseline methods. Moreover, it offers greater reliability across diverse problems, whereas compared approaches often suffer from variable accuracy depending on the PDE. This work provides new insights into designing hybrid training strategies to enhance the performance and robustness of PINNs.


翻译:物理信息神经网络(PINNs)近期已成为求解偏微分方程(PDEs)的重要范式,但其训练策略仍有待深入探索。尽管受有限元方法启发的困难优先方法被广泛采用,但最新研究表明简单优先策略同样有效。然而,我们发现这两种方法在不同类型的PDE上均表现出显著的权衡关系与不一致的性能表现。为解决这一问题,我们通过交替训练算法开发了一种混合策略,该策略结合了困难优先与简单优先方法的优势。在具有陡峭梯度、非线性及高维特征的PDE问题上,所提方法实现了稳定且高精度的求解,其相对L2误差主要分布在O(10^-5)至O(10^-6)量级,显著超越了基准方法。此外,该方法在不同问题上展现出更强的可靠性,而对比方法则常因PDE类型不同而出现精度波动。本研究为设计混合训练策略以提升PINNs的性能与鲁棒性提供了新的见解。

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