Partial Differential Equations (PDEs) are ubiquitous in many disciplines of science and engineering and notoriously difficult to solve. In general, closed-form solutions of PDEs are unavailable and numerical approximation methods are computationally expensive. The parameters of PDEs are variable in many applications, such as inverse problems, control and optimization, risk assessment, and uncertainty quantification. In these applications, our goal is to solve parametric PDEs rather than one instance of them. Our proposed approach, called Meta-Auto-Decoder (MAD), treats solving parametric PDEs as a meta-learning problem and utilizes the Auto-Decoder structure in \cite{park2019deepsdf} to deal with different tasks/PDEs. Physics-informed losses induced from the PDE governing equations and boundary conditions is used as the training losses for different tasks. The goal of MAD is to learn a good model initialization that can generalize across different tasks, and eventually enables the unseen task to be learned faster. The inspiration of MAD comes from (conjectured) low-dimensional structure of parametric PDE solutions and we explain our approach from the perspective of manifold learning. Finally, we demonstrate the power of MAD though extensive numerical studies, including Burgers' equation, Laplace's equation and time-domain Maxwell's equations. MAD exhibits faster convergence speed without losing the accuracy compared with other deep learning methods.


翻译:部分差异( PDEs) 在许多科学和工程学科中普遍存在,且难以解决。 一般来说, PDEs 的封闭式解决方案不存在, 数字近似方法成本高昂。 PDEs 的参数在许多应用中各不相同, 例如反向问题、 控制和优化、 风险评估和不确定性量化。 在这些应用中, 我们的目标是解决参数PDEs, 而不是其中的一个实例。 我们建议的方法叫做 Meta- Auto- Decoder (MAD), 将参数PDEs 处理成一个元学习问题, 并使用在\\ cite{ park2019deepsdf} 中的 Aut- Decoder 结构处理不同的任务/ PDEs 。 PDE 管理方程式和边界条件的物理知情损失被用作不同任务的培训损失。 MAD的目标是学习一个良好的模型初始化模型, 能够将不同任务加以概括化, 并最终使无法更快地学习无形任务。 MAD 的灵感来自( ) 精准) 的低维- developalal- commacalalalalal Procalal Proqalal Proqal Procalal Procal Procal 。

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