Physics informed neural networks (PINNs) have proven to be an efficient tool to represent problems for which measured data are available and for which the dynamics in the data are expected to follow some physical laws. In this paper, we suggest a multiobjective perspective on the training of PINNs by treating the data loss and the residual loss as two individual objective functions in a truly biobjective optimization approach. As a showcase example, we consider COVID-19 predictions in Germany and built an extended susceptibles-infected-recovered (SIR) model with additionally considered leaky-vaccinated and hospitalized populations (SVIHR model) to model the transition rates and to predict future infections. SIR-type models are expressed by systems of ordinary differential equations (ODEs). We investigate the suitability of the generated PINN for COVID-19 predictions and compare the resulting predicted curves with those obtained by applying the method of non-standard finite differences to the system of ODEs and initial data. The approach is applicable to various systems of ODEs that define dynamical regimes. Those regimes do not need to be SIR-type models, and the corresponding underlying data sets do not have to be associated with COVID-19.


翻译:事实证明,物理学知情神经网络(PINNs)是一个有效的工具,可以代表有可计量数据的问题,并且预计数据动态将遵循某些物理法则。在本文件中,我们建议从多客观的角度来培训PINNs,将数据损失和剩余损失作为两个单独的客观功能,在真正双目标优化的方法中将数据损失和剩余损失作为两个单独的客观功能处理。作为一个示范的例子,我们考虑德国的COVID-19预测,并在德国建立了一个扩大的易感感染-已恢复(SIR)模型,并附加了更多考虑的漏泄和住院人口(SVIHR模型),以模拟过渡率和预测未来感染。SIR型模型由普通差异方程式(ODs)表示。我们调查产生的PINN对COVID-19预测的适宜性,并将由此产生的预测曲线与通过对ODs和初始数据系统应用非标准限值差异的方法获得的曲线进行比较。这种方法适用于确定动态系统的各种ODE系统(SIR-19型模型)。这些系统不需要是SIR-19型模型,相应的基本数据集与CO-VI系统相联系。

0
下载
关闭预览

相关内容

Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
Top
微信扫码咨询专知VIP会员