Solving analytically intractable partial differential equations (PDEs) that involve at least one variable defined on an unbounded domain arises in numerous physical applications. Accurately solving unbounded domain PDEs requires efficient numerical methods that can resolve the dependence of the PDE on the unbounded variable over at least several orders of magnitude. We propose a solution to such problems by combining two classes of numerical methods: (i) adaptive spectral methods and (ii) physics-informed neural networks (PINNs). The numerical approach that we develop takes advantage of the ability of physics-informed neural networks to easily implement high-order numerical schemes to efficiently solve PDEs and extrapolate numerical solutions at any point in space and time. We then show how recently introduced adaptive techniques for spectral methods can be integrated into PINN-based PDE solvers to obtain numerical solutions of unbounded domain problems that cannot be efficiently approximated by standard PINNs. Through a number of examples, we demonstrate the advantages of the proposed spectrally adapted PINNs in solving PDEs and estimating model parameters from noisy observations in unbounded domains.


翻译:在很多物理应用中,都产生了许多物理应用。准确解决无限制域PDE需要高效的数字方法,解决PDE对至少几个数量级的无限制变量的依赖性。我们提出一种解决办法,将两类数字方法结合起来解决此类问题:(一) 适应光谱方法和(二) 物理知情神经网络(PINNs) 。我们开发的数字方法利用物理学知情神经网络的能力,在空间和时间的任何时刻,方便地实施高效解决PDEs的高序数字计划和外推数字解决方案。然后我们展示如何将最近引进的光谱方法适应性技术纳入基于PINN的PDE解答器,以获得标准PINNs无法有效比较的无限制域问题的数字解决方案。我们通过一些实例,展示了拟议的光谱调整型PINNs在解决PDEs和估计无限制区域内噪音观测的模型参数方面的优势。</s>

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