Numerical approximations of partial differential equations (PDEs) are routinely employed to formulate the solution of physics, engineering and mathematical problems involving functions of several variables, such as the propagation of heat or sound, fluid flow, elasticity, electrostatics, electrodynamics, and more. While this has led to solving many complex phenomena, there are still significant limitations. Conventional approaches such as Finite Element Methods (FEMs) and Finite Differential Methods (FDMs) require considerable time and are computationally expensive. In contrast, machine learning-based methods such as neural networks are faster once trained, but tend to be restricted to a specific discretization. This article aims to provide a comprehensive summary of conventional methods and recent machine learning-based methods to approximate PDEs numerically. Furthermore, we highlight several key architectures centered around the neural operator, a novel and fast approach (1000x) to learning the solution operator of a PDE. We will note how these new computational approaches can bring immense advantages in tackling many problems in fundamental and applied physics.


翻译:部分差异方程式(PDEs)的数值近似值通常用于制定物理学、工程学和数学问题的解决办法,这些问题涉及若干变量的功能,例如热或声、流体、弹性、弹性、静电、电动等等的传播。虽然这已导致许多复杂的现象的解决,但仍有相当大的局限性。诸如Finite Element Shoolits(FEMS)和Finite difficult Shoots(FIDS)等常规方法需要相当长的时间,而且计算成本很高。相比之下,神经网络等基于机械的学习方法一旦经过培训,就会更快,但往往局限于特定的离散化。本文章的目的是全面概述常规方法和最近的基于机器的学习方法,以便从数字上接近PDEs。此外,我们强调以神经操作器为中心的若干关键结构,一种新颖的快速方法(1 000x)来学习PDE的解决方案操作者。我们将注意到这些新的计算方法如何在解决基础物理和应用物理的许多问题方面带来巨大的优势。

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