Whilst the partial differential equations that govern the dynamics of our world have been studied in great depth for centuries, solving them for complex, high-dimensional conditions and domains still presents an incredibly large mathematical and computational challenge. Analytical methods can be cumbersome to utilise, and numerical methods can lead to errors and inaccuracies. On top of this, sometimes we lack the information or knowledge to pose the problem well enough to apply these kinds of methods. Here, we present a new approach to approximating the solution to physical systems - physics-informed neural networks. The concept of artificial neural networks is introduced, the objective function is defined, and optimisation strategies are discussed. The partial differential equation is then included as a constraint in the loss function for the optimisation problem, giving the network access to knowledge of the dynamics of the physical system it is modelling. Some intuitive examples are displayed, and more complex applications are considered to showcase the power of physics informed neural networks, such as in seismic imaging. Solution error is analysed, and suggestions are made to improve convergence and/or solution precision. Problems and limitations are also touched upon in the conclusions, as well as some thoughts as to where physics informed neural networks are most useful, and where they could go next.


翻译:尽管指导我们世界动态的局部差异方程式已经深入地研究了数百年,但解决复杂、高维条件和域域的局部差异方程式仍是一个令人难以置信的数学和计算上的巨大挑战。分析方法可能十分繁琐,而且数字方法可能导致错误和不准确。除此之外,有时我们缺乏足够的信息或知识来制造问题,从而足以应用这些方法。在这里,我们提出了一个接近物理系统解决方案的新方法——物理知情的神经网络。引入了人工神经网络的概念,确定了客观功能,并讨论了优化战略。然后将部分差异方程式作为选择问题损失函数的一个限制,使网络能够了解物理系统动态的知识,正在建模。展示了一些直观的例子,并且考虑更复杂的应用来展示物理学知情的神经网络的力量,例如地震成像。分析了溶液错误,并提出了改进趋同和/或解决方案精确性的建议。在结论中也触及了部分问题和限制,而物理学网络也是一些知情的想法,而物理学也是其中最有用的。</s>

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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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