Physics-informed Neural Networks (PINNs) have recently emerged as a principled way to include prior physical knowledge in form of partial differential equations (PDEs) into neural networks. Although generally viewed as being mesh-free, current approaches still rely on collocation points obtained within a bounded region, even in settings with spatially sparse signals. Furthermore, if the boundaries are not known, the selection of such a region may be arbitrary, resulting in a large proportion of collocation points being selected in areas of low relevance. To resolve this, we present a mesh-free and adaptive approach termed particle-density PINN (pdPINN), which is inspired by the microscopic viewpoint of fluid dynamics. Instead of sampling from a bounded region, we propose to sample directly from the distribution over the (fluids) particle positions, eliminating the need to introduce boundaries while adaptively focusing on the most relevant regions. This is achieved by reformulating the modeled fluid density as an unnormalized probability distribution from which we sample with dynamic Monte Carlo methods. We further generalize pdPINNs to different settings that allow interpreting a positive scalar quantity as a particle density, such as the evolution of the temperature in the heat equation. The utility of our approach is demonstrated on experiments for modeling (non-steady) compressible fluids in up to three dimensions and a two-dimensional diffusion problem, illustrating the high flexibility and sample efficiency compared to existing refinement methods for PINNs.


翻译:物理知情神经网络(PINNs)最近成为将先前物理知识以部分差异方程式的形式纳入神经网络的一种有原则的方式,将先前的物理知识以部分差异方程式的形式纳入神经网络。尽管一般认为是无网状的,但目前的方法仍然依赖于在封闭区域内获得的合用点,甚至在空间稀少信号的环境下也是如此。此外,如果边界不为人知,选择这样一个区域可能是任意的,导致在低相关区域选择大量合用点。为了解决这个问题,我们提出了一个称为粒度密度PINN(PDPINN)的无网状和适应性方法,这是受流体动态动态动态动态微观观点启发的。我们建议直接从(浮质)颗粒位置上的分布中采集样本,而不是直接从(浮质)粒位置上的分布中提取样本,从而消除了引入边界的需要,同时对最相关的区域进行适应性调整,通过将模型性液体密度作为不均匀的概率分布,我们用动态的蒙特卡洛方法进行取样。我们进一步将PDINNSS推广到不同的环境中,对流体动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态动态的精确进行精确的精确分析,从而可以将正度的精确化,将正度的精确度的精确度的精确度方法,将正度的精确度的精确度的精确度方法作为正度的精确度的精确度的精确度,作为正度的精确度,从而解释。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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