数学 > 数值分析
[提交于 2025年4月15日
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标题: 求解偏微分方程的无监督网络架构搜索方法
标题: An Unsupervised Network Architecture Search Method for Solving Partial Differential Equations
摘要: 求解偏微分方程(PDEs)在科学和工程应用中必不可少。最近,深度学习方法被广泛用于求解高维问题,其中物理信息神经网络(PINN)是一种。通常,深度学习方法有三个主要组成部分:神经网络、损失函数和优化器。虽然损失函数的构建根植于解空间的定义,但如何选择最优的神经网络则有些凭经验,还有很大的改进空间。在PINN框架下,我们提出了一种用于求解PDEs的无监督网络架构搜索方法,称为PINN-DARTS,该方法应用可微分架构搜索(DARTS)在一个给定的神经网络集合中找到最优的网络架构结构。在这个集合中,每层的层数和每层中的神经元数量都可以变化。在搜索阶段,网络参数和架构参数同时更新,因此运行时间接近预先确定网络结构的PINN的运行时间。与现有工作不同的是,我们的方法是无监督的,并且完全基于PDE残差,没有任何先验解决方案的使用。PINN-DARTS输出最优的网络结构以及相关的数值解。PINN-DARTS在几个基准PDE上进行了验证,包括椭圆型、抛物型、波动型和Burgers方程。与传统架构搜索方法相比,PINN-DARTS实现了显著更高的架构精度。另一个有趣的观察是,解的复杂性和PDE类型对最优网络架构有显著影响。我们的研究表明,从一层到另一层宽度不均的架构可能在不同的解复杂性和不同的PDE类型中表现出优越的性能。
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