Standard neural networks can approximate general nonlinear operators, represented either explicitly by a combination of mathematical operators, e.g., in an advection-diffusion-reaction partial differential equation, or simply as a black box, e.g., a system-of-systems. The first neural operator was the Deep Operator Network (DeepONet), proposed in 2019 based on rigorous approximation theory. Since then, a few other less general operators have been published, e.g., based on graph neural networks or Fourier transforms. For black box systems, training of neural operators is data-driven only but if the governing equations are known they can be incorporated into the loss function during training to develop physics-informed neural operators. Neural operators can be used as surrogates in design problems, uncertainty quantification, autonomous systems, and almost in any application requiring real-time inference. Moreover, independently pre-trained DeepONets can be used as components of a complex multi-physics system by coupling them together with relatively light training. Here, we present a review of DeepONet, the Fourier neural operator, and the graph neural operator, as well as appropriate extensions with feature expansions, and highlight their usefulness in diverse applications in computational mechanics, including porous media, fluid mechanics, and solid mechanics.


翻译:标准神经网络可以近似一般的非线性操作者,这可以由数学操作者(例如,在平流-扩散-反射-反应部分偏差方程式中)的组合明确代表,也可以简单地作为黑盒,例如系统系统。第一个神经操作者是深操作者网络(DeepONet),这是2019年根据严格的近似理论提出的;此后,还公布了其他一些不那么一般的操作者,例如,以图形神经网络或Freyier变形为基础。对于黑盒系统来说,神经操作者的培训只能以数据为动力,但如果在开发物理知情神经操作者的培训中知道这些方程式可以纳入损失功能。神经操作者可以在设计问题、不确定性量化、自主系统以及几乎所有需要实时推断的任何应用中作为代名而使用。此外,独立受过预先训练的DeepONet公司可以通过将它们与相对轻化的培训相结合,作为深层、四级神经等方程式的操作者、包括钢筋机械化操作者、钢筋机械化操作者以及图中适当的钢筋机械化操作者,可以用作适当的扩展和制导图结构的扩展工具应用。

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