Data sparsity is a common issue to train machine learning tools such as neural networks for engineering and scientific applications, where experiments and simulations are expensive. Recently physics-constrained neural networks (PCNNs) were developed to reduce the required amount of training data. However, the weights of different losses from data and physical constraints are adjusted empirically in PCNNs. In this paper, a new physics-constrained neural network with the minimax architecture (PCNN-MM) is proposed so that the weights of different losses can be adjusted systematically. The training of the PCNN-MM is searching the high-order saddle points of the objective function. A novel saddle point search algorithm called Dual-Dimer method is developed. It is demonstrated that the Dual-Dimer method is computationally more efficient than the gradient descent ascent method for nonconvex-nonconcave functions and provides additional eigenvalue information to verify search results. A heat transfer example also shows that the convergence of PCNN-MMs is faster than that of traditional PCNNs.


翻译:数据宽度是培训机械学习工具,如神经网络等用于工程和科学应用、实验和模拟费用昂贵的神经网络的一个常见问题。最近,为减少所需培训数据量,开发了物理学限制的神经网络(PCNNN),但数据和物理限制造成的不同损失的权重在PCNNN中进行了实验性调整。在本文中,提议建立一个新的物理学限制的神经网络,使用微型数学结构(PCNNN-MM),以便系统地调整不同损失的权重。PCNN-MM的培训正在搜索目标功能的高阶轮廓。开发了一种称为双二模方法的新型马鞍搜索算法。这表明,双维调方法在计算上比非convex-nonconcave功能的梯度下降法效率更高,并且提供了额外的电子价值信息以核实搜索结果。一个热传输的例子还表明,PCNNN-MM的趋同率比传统的PCNNNN的速度要快。

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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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