Learning the solution of partial differential equations (PDEs) with a neural network is an attractive alternative to traditional solvers due to its elegance, greater flexibility and the ease of incorporating observed data. However, training such physics-informed neural networks (PINNs) is notoriously difficult in practice since PINNs often converge to wrong solutions. In this paper, we address this problem by training an ensemble of PINNs. Our approach is motivated by the observation that individual PINN models find similar solutions in the vicinity of points with targets (e.g., observed data or initial conditions) while their solutions may substantially differ farther away from such points. Therefore, we propose to use the ensemble agreement as the criterion for gradual expansion of the solution interval, that is including new points for computing the loss derived from differential equations. Due to the flexibility of the domain expansion, our algorithm can easily incorporate measurements in arbitrary locations. In contrast to the existing PINN algorithms with time-adaptive strategies, the proposed algorithm does not need a pre-defined schedule of interval expansion and it treats time and space equally. We experimentally show that the proposed algorithm can stabilize PINN training and yield performance competitive to the recent variants of PINNs trained with time adaptation.


翻译:以神经网络来学习部分差异方程式(PDEs)的解决方案,是传统解决方案的有吸引力的替代方案,因为其优雅、灵活性更大和易于纳入观察到的数据。然而,培训这些物理知情神经网络(PINNs)在实践中非常困难,因为PINNs往往会聚集到错误的解决办法。在本文件中,我们通过培训一组PINNs来解决这个问题。我们的方法的动因是观察到,个别PINN模型在目标点附近找到类似的解决方案(例如观测到的数据或初始条件),而其解决方案可能与这些点相差甚远。因此,我们提议使用共同协议作为逐步扩大解决方案间隔的标准,其中包括计算差异方程式造成的损失的新点。由于域扩展的灵活性,我们的算法很容易将测量纳入任意地点。与现有的PINN算法与时间适应战略相比,拟议的算法并不需要预先确定的间隔扩展时间表,而是对时间和空间进行同等程度的处理。我们建议采用经过培训的PIN系统,通过测试后演算法可以稳定最新的PN值。

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