In this paper, we propose a cusp-capturing physics-informed neural network (PINN) to solve discontinuous-coefficient elliptic interface problems whose solution is continuous but has discontinuous first derivatives on the interface. To find such a solution using neural network representation, we introduce a cusp-enforced level set function as an additional feature input to the network to retain the inherent solution properties; that is, capturing the solution cusps (where the derivatives are discontinuous) sharply. In addition, the proposed neural network has the advantage of being mesh-free, so it can easily handle problems in irregular domains. We train the network using the physics-informed framework in which the loss function comprises the residual of the differential equation together with certain interface and boundary conditions. We conduct a series of numerical experiments to demonstrate the effectiveness of the cusp-capturing technique and the accuracy of the present network model. Numerical results show that even using a one-hidden-layer (shallow) network with a moderate number of neurons and sufficient training data points, the present network model can achieve prediction accuracy comparable with traditional methods. Besides, if the solution is discontinuous across the interface, we can simply incorporate an additional supervised learning task for solution jump approximation into the present network without much difficulty.


翻译:在本文中,我们提出了一种捕捉拐点物理预估神经网络(PINN),用于解决解连续但在界面上具有不连续一阶导数的不连续系数椭圆界面问题。为了使用神经网络表示找到这样的解,我们引入拐点强制的级集函数作为网络的额外特征输入,以保留固有的解性质; 即,精确地捕捉拐点(导数不连续的地方)。此外,所提出的神经网络具有免网格性质,因此可以轻松处理不规则领域的问题。我们使用物理预测框架训练网络,其中损失函数包括微分方程的残差以及某些界面和边界条件。我们进行了一系列数值实验,以展示拐点捕捉技术的有效性和当前网络模型的准确性。数值结果表明,即使使用一个具有适量的神经元和充足的训练数据点的单隐藏层(浅层)网络,当前网络模型也可以实现与传统方法相当的预测精度。此外,如果解在界面上是不连续的,我们可以将一个额外的监督学习任务简单地纳入到当前网络中,用于解跳跃的近似而不需要太多努力。

0
下载
关闭预览

相关内容

【Google】平滑对抗训练,Smooth Adversarial Training
专知会员服务
46+阅读 · 2020年7月4日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
57+阅读 · 2019年10月17日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
【泡泡一分钟】在CPU上进行实时无监督单目深度估计
泡泡机器人SLAM
17+阅读 · 2019年5月10日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
14+阅读 · 2019年4月13日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2010年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Regulated Pure Pursuit for Robot Path Tracking
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月31日
Arxiv
22+阅读 · 2019年11月24日
VIP会员
相关资讯
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
【泡泡一分钟】在CPU上进行实时无监督单目深度估计
泡泡机器人SLAM
17+阅读 · 2019年5月10日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
14+阅读 · 2019年4月13日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2010年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员