In computational design and fabrication, neural networks are becoming important surrogates for bulky forward simulations. A long-standing, intertwined question is that of inverse design: how to compute a design that satisfies a desired target performance? Here, we show that the piecewise linear property, very common in everyday neural networks, allows for an inverse design formulation based on mixed-integer linear programming. Our mixed-integer inverse design uncovers globally optimal or near optimal solutions in a principled manner. Furthermore, our method significantly facilitates emerging, but challenging, combinatorial inverse design tasks, such as material selection. For problems where finding the optimal solution is not desirable or tractable, we develop an efficient yet near-optimal hybrid optimization. Eventually, our method is able to find solutions provably robust to possible fabrication perturbations among multiple designs with similar performances.


翻译:在计算设计和制造中,神经网络正在成为大宗前方模拟的重要代谢物。一个长期存在、相互交织的问题是反向设计:如何计算出一个符合预期目标性能的设计?在这里,我们展示了日常神经网络中非常常见的单向线性属性,允许根据混合整数线性编程进行反向设计配方。我们混合整数的反向设计以有原则的方式发现了全球最佳或近乎最佳的解决方案。此外,我们的方法极大地便利了新兴但具有挑战性的组合反向设计任务,例如材料选择。对于寻找最佳解决方案不可取或不易操作的问题,我们开发了高效但近乎最佳的混合优化混合优化。最终,我们的方法能够找到可行的解决方案,在具有类似性能的多个设计中制造干扰。

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