As applications of deep learning (DL) continue to seep into critical scientific use-cases, the importance of performing uncertainty quantification (UQ) with DL has become more pressing than ever before. In scientific applications, it is also important to inform the learning of DL models with knowledge of physics of the problem to produce physically consistent and generalized solutions. This is referred to as the emerging field of physics-informed deep learning (PIDL). We consider the problem of developing PIDL formulations that can also perform UQ. To this end, we propose a novel physics-informed GAN architecture, termed PID-GAN, where the knowledge of physics is used to inform the learning of both the generator and discriminator models, making ample use of unlabeled data instances. We show that our proposed PID-GAN framework does not suffer from imbalance of generator gradients from multiple loss terms as compared to state-of-the-art. We also empirically demonstrate the efficacy of our proposed framework on a variety of case studies involving benchmark physics-based PDEs as well as imperfect physics. All the code and datasets used in this study have been made available on this link : https://github.com/arkadaw9/PID-GAN.


翻译:随着深学习的应用(DL)继续渗入关键的科学使用案例,用DL进行不确定性量化(UQ)的重要性比以往更加迫切。在科学应用方面,同样重要的是向了解问题物理知识的DL模型的学习提供对问题有物理物理知识的学习信息,以便产生物理上一致和普遍的解决办法。这被称为物理知情深深深学习(PIDL)的新兴领域。我们考虑开发也能发挥UQ的PIDL配方(PIDL)的问题。为此,我们提议建立一个名为PID-GAN的新颖的物理知情GAN结构,即PID-GAN,其中物理知识被用于向生成者和区别模型的学习提供信息,同时大量使用未贴标签的数据实例。我们表明,我们提议的PID-GAN框架并不因与现状相比的多重损失条件导致发电机梯度失衡而受害。我们还从经验上展示了我们提议的框架在一系列案例研究上的有效性,这些案例研究涉及基准物理的PDEs和不完善的物理学。本研究中使用的所有代码和数据集都用于这一链接:https/Ggis.

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