Big-data-based artificial intelligence (AI) supports profound evolution in almost all of science and technology. However, modeling and forecasting multi-physical systems remain a challenge due to unavoidable data scarcity and noise. Improving the generalization ability of neural networks by "teaching" domain knowledge and developing a new generation of models combined with the physical laws have become promising areas of machine learning research. Different from "deep" fully-connected neural networks embedded with physical information (PINN), a novel shallow framework named physics-informed convolutional network (PICN) is recommended from a CNN perspective, in which the physical field is generated by a deconvolution layer and a single convolution layer. The difference fields forming the physical operator are constructed using the pre-trained shallow convolution layer. An efficient linear interpolation network calculates the loss function involving boundary conditions and the physical constraints in irregular geometry domains. The effectiveness of the current development is illustrated through some numerical cases involving the solving (and estimation) of nonlinear physical operator equations and recovering physical information from noisy observations. Its potential advantage in approximating physical fields with multi-frequency components indicates that PICN may become an alternative neural network solver in physics-informed machine learning.


翻译:以大数据为基础的人工智能(AI)支持几乎所有科学技术的深刻演变。然而,建模和预测多物理系统由于不可避免的数据稀缺和噪音,仍然是一项挑战。通过“教学”领域知识和开发新一代模型与物理法则相结合,提高神经网络的普及能力,已成为有希望的机械学习研究领域。不同于以物理信息(PINN)嵌入的“深”完全连通的神经网络(PINN),从CNN的角度建议建立一个名为物理知情飞行网络(PICN)的新颖的浅质框架(PICN),这个框架的物理场是由分流层和单一相变层生成的。形成物理操作器的不同领域是利用预先训练的浅相相相相相相相层建造的。高效的线性相互交织网络计算了涉及边界条件和不规则的物理制约的损失功能。当前发展的有效性体现在一些数字案例中,这些案例涉及解决(和估计)非线性物理操作者方程式方程式等和从噪音观测中恢复物理信息。它对于物理场的物理领域的潜在优势在于用多频谱物理学学习系统进行对物理学的替代网络。

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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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