The physical world is governed by the laws of physics, often represented in form of nonlinear partial differential equations (PDEs). Unfortunately, solution of PDEs is non-trivial and often involves significant computational time. With recent developments in the field of artificial intelligence and machine learning, the solution of PDEs using neural network has emerged as a domain with huge potential. However, most of the developments in this field are based on either fully connected neural networks (FNN) or convolutional neural networks (CNN). While FNN is computationally inefficient as the number of network parameters can be potentially huge, CNN necessitates regular grid and simpler domain. In this work, we propose a novel framework referred to as the Graph Attention Differential Equation (GrADE) for solving time dependent nonlinear PDEs. The proposed approach couples FNN, graph neural network, and recently developed Neural ODE framework. The primary idea is to use graph neural network for modeling the spatial domain, and Neural ODE for modeling the temporal domain. The attention mechanism identifies important inputs/features and assign more weightage to the same; this enhances the performance of the proposed framework. Neural ODE, on the other hand, results in constant memory cost and allows trading of numerical precision for speed. We also propose depth refinement as an effective technique for training the proposed architecture in lesser time with better accuracy. The effectiveness of the proposed framework is illustrated using 1D and 2D Burgers' equations. Results obtained illustrate the capability of the proposed framework in modeling PDE and its scalability to larger domains without the need for retraining.


翻译:物理世界受物理法则的制约,通常以非线性部分偏差方程式的形式代表。 不幸的是,PDE的解决方案不是三重的,而且往往需要大量计算时间。随着人工智能和机器学习领域的最新发展,利用神经网络解决PDE的解决方案已经成为一个具有巨大潜力的领域。然而,该领域的大多数发展要么基于完全连接的神经网络(FNN),要么基于动态神经网络(CNN)。虽然FNN在计算上效率低下,因为网络参数的数量可能很大,但CNN需要固定的电网和更简单的域域。在这项工作中,我们提出了一个新的框架,称为“Gographo Descent Equalation (Grade),用于解决时间依赖的非线性PDE的解决方案。拟议方法包括FNNNNN、图形神经网络,以及最近开发的Neural Onder 框架。主要想法是使用图形网络模拟空间域域,而Neural Oral 模型确定重要的投入/ feforalal 和更简单的再现法框架。我们提议在1号交易成本和精确度框架中采用更精确的模型。我们提出的更精确的模型, 将提高的精确性框架, 的流程的流程的流程的流程的流程的流程要求。我们提议是使用更精确性要求。我们提出的更精度框架。我们提出的更精细化的精度框架, 的精度的精确性框架。我们的精度, 的精度要求的精确性框架, 的精度要求的精度。我们的精度框架。

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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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