Physics-informed neural networks (PINNs) have emerged as a powerful tool for solving partial differential equations (PDEs) in a variety of domains. While previous research in PINNs has mainly focused on constructing and balancing loss functions during training to avoid poor minima, the effect of sampling collocation points on the performance of PINNs has largely been overlooked. In this work, we find that the performance of PINNs can vary significantly with different sampling strategies, and using a fixed set of collocation points can be quite detrimental to the convergence of PINNs to the correct solution. In particular, (1) we hypothesize that training of PINNs rely on successful "propagation" of solution from initial and/or boundary condition points to interior points, and PINNs with poor sampling strategies can get stuck at trivial solutions if there are \textit{propagation failures}. (2) We demonstrate that propagation failures are characterized by highly imbalanced PDE residual fields where very high residuals are observed over very narrow regions. (3) To mitigate propagation failure, we propose a novel \textit{evolutionary sampling} (Evo) method that can incrementally accumulate collocation points in regions of high PDE residuals. We further provide an extension of Evo to respect the principle of causality while solving time-dependent PDEs. We empirically demonstrate the efficacy and efficiency of our proposed methods in a variety of PDE problems.


翻译:物理知情神经网络(PINNs)作为解决不同领域部分差异方程式(PDEs)的有力工具已经形成。虽然以前对PINNs的研究主要侧重于在培训期间构建和平衡损失功能以避免微弱的微粒,但抽样合用点对PINNs绩效的影响在很大程度上被忽略。在这项工作中,我们发现PINNs的表现随着不同的取样战略的不同而大不相同,使用一套固定的合用点可能会大大损害PINNs与正确解决方案的趋同。特别是(1) 我们低估了对PINNs的培训依赖于成功地“调整”解决办法,从初始和/或边界条件点到内部点,而抽样战略差的PINNs则可能陷入微不足道的解决方案。(2) 我们证明,传播失败的特征是高度不平衡的PDE剩余区,在非常狭窄的区域观察到非常高的残余物。(3) 为了减轻传播失败,我们建议对PINNs的培训进行新颖的“解释”,从最初和(或)边界条件点到内部点,对解决办法的“解释”的“解释性效率”进行我们不断积累的“结果”的方法。我们为持续的“Bres的“结果”的“结果”的延伸”的方法提供了一种渐进性处理方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
144+阅读 · 2019年10月12日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3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
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013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
1+阅读 · 2011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
35+阅读 · 2021年8月2日
Arxiv
64+阅读 · 2021年6月18日
Arxiv
14+阅读 · 2020年12月17日
Generative Adversarial Networks: A Survey and Taxonomy
VIP会员
相关资讯
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3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
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013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
1+阅读 · 2011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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员