基于多物理损失函数的偏微分方程智能求解方法
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国防科技大学 计算机学院

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TP391

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国家自然科学基金项目No. 62072464


Intelligent Method Based on Diverse Physics Loss Functions for Solving Partial Differential Equations
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    摘要:

    在传统物理信息神经网络(PINN)的基础上,通过融合维度扩展和多物理损失函数,提出了两种改进的偏微分方程(PDEs)求解方法,分别是:维度扩展物理信息神经网络(EmPINN)和多物理损失函数物理信息神经网络(DL-PINN)。EmPINN创新性地提出了一种带有残差连接和维度扩展机制的神经网络结构,DL-PINN在EmPINN的基础上,将维度扩展机制、梯度增强物理信息与变分物理信息相结合,更有效地融入多种物理信息,进一步提高神经网络的拟合能力。实验结果表明,所提出的方法优于传统的物理信息神经网络方法,在不同偏微分方程案例上实现了最高两个数量级的求解精度提升。

    Abstract:

    Building upon the traditional physics-informed neural network, two improved methods, EmPINN and DL-PINN, are presented by incorporating dimension expansion and diverse physics loss functions. EmPINN innovatively introduces a neural network structure with residual connections and a dimension-expanding mechanism. DL-PINN, based on EmPINN, combines the dimension-expanding mechanism with gradient enhancement and variational physical information to incorporate physical information more effectively and improve the fitting capability of the neural network. Experimental results demonstrate that the proposed methods outperform traditional PINN method, achieving up to two orders of magnitude improvement in the accuracy of solving different partial differential equations.

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  • 收稿日期:2023-09-25
  • 最后修改日期:2024-04-08
  • 录用日期:2024-04-11
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