Accurate modeling of boundary conditions is crucial in computational physics. The ever increasing use of neural networks as surrogates for physics-related problems calls for an improved understanding of boundary condition treatment, and its influence on the network accuracy. In this paper, several strategies to impose boundary conditions (namely padding, improved spatial context, and explicit encoding of physical boundaries) are investigated in the context of fully convolutional networks applied to recurrent tasks. These strategies are evaluated on two spatio-temporal evolving problems modeled by partial differential equations: the 2D propagation of acoustic waves (hyperbolic PDE) and the heat equation (parabolic PDE). Results reveal a high sensitivity of both accuracy and stability on the boundary implementation in such recurrent tasks. It is then demonstrated that the choice of the optimal padding strategy is directly linked to the data semantics. Furthermore, the inclusion of additional input spatial context or explicit physics-based rules allows a better handling of boundaries in particular for large number of recurrences, resulting in more robust and stable neural networks, while facilitating the design and versatility of such networks.


翻译:精确的边界条件模型在计算物理学中至关重要。神经网络作为物理相关问题的代孕者越来越多地使用神经网络,这要求人们更好地了解边界状况处理及其对网络准确性的影响。在本文件中,在对经常性任务应用的全面演变网络的背景下,对强制实施边界条件的若干战略(即铺设、改进空间背景和明确将物理边界编码)进行了调查。这些战略根据两个片面时演变的问题进行了评价,这些变化问题是以部分差异方程式为模型的:2D声波(双向PDE)和热方程式(parablic PDE)的传播。结果显示,在这类经常性任务中,边界执行的准确性和稳定性都非常敏感。然后表明,最佳定位战略的选择与数据语义直接相关。此外,增加输入空间空间环境背景或明确的物理规则可以更好地处理边界,特别是大量重现的边界,从而形成更坚固和稳定的神经网络,同时便利这类网络的设计和非常态。

0
下载
关闭预览

相关内容

【图神经网络导论】Intro to Graph Neural Networks,176页ppt
专知会员服务
125+阅读 · 2021年6月4日
【DeepMind】强化学习教程,83页ppt
专知会员服务
153+阅读 · 2020年8月7日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
59+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
30+阅读 · 2019年10月17日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
【泡泡一分钟】基于视频修复的时空转换网络
泡泡机器人SLAM
5+阅读 · 2018年12月30日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Pointer Graph Networks
Arxiv
7+阅读 · 2020年6月11日
Arxiv
24+阅读 · 2018年10月24日
Arxiv
3+阅读 · 2018年8月12日
Arxiv
5+阅读 · 2017年9月8日
VIP会员
相关资讯
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
【泡泡一分钟】基于视频修复的时空转换网络
泡泡机器人SLAM
5+阅读 · 2018年12月30日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员