Graph neural network (GNN) is a promising approach to learning and predicting physical phenomena described in boundary value problems, such as partial differential equations (PDEs) with boundary conditions. However, existing models inadequately treat boundary conditions essential for the reliable prediction of such problems. In addition, because of the locally connected nature of GNNs, it is difficult to accurately predict the state after a long time, where interaction between vertices tends to be global. We present our approach termed physics-embedded neural networks that considers boundary conditions and predicts the state after a long time using an implicit method. It is built based on an $\mathrm{E}(n)$-equivariant GNN, resulting in high generalization performance on various shapes. We demonstrate that our model learns flow phenomena in complex shapes and outperforms a well-optimized classical solver and a state-of-the-art machine learning model in speed-accuracy trade-off. Therefore, our model can be a useful standard for realizing reliable, fast, and accurate GNN-based PDE solvers.


翻译:地心神经网络(GNN)是学习和预测边界值问题中描述的物理现象的一个很有希望的方法,如部分差异方程式(PDEs)和边界条件。但是,现有的模型没有适当处理可靠预测这些问题所必需的边界条件。此外,由于GNNs与当地相连的性质,长期后很难准确预测状态,因为脊椎之间的相互作用往往是全球性的。我们介绍了我们称为物理内心神经网络的方法,这种网络考虑边界条件,在很长一段时间后使用隐含的方法预测状态。它基于$\mathrm{E}(n)$-equivariant GNNN,导致各种形状的高度普遍化性表现。我们证明,我们的模型以复杂形状学习现象,在速度精确交易中超越了精密的古典溶剂和最先进的机器学习模型。因此,我们的模型可以成为实现可靠、快速和精确的GNNNPP解剂的有用标准。

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