物理学 > 计算物理
[提交于 2024年9月3日
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标题: 基于因果关系的物理信息神经网络自适应采样方法
标题: Causality-guided adaptive sampling method for physics-informed neural networks
摘要: 与纯数据驱动的方法相比,物理信息神经网络(PINNs)——一种用于求解偏微分方程(PDEs)的经过验证的强大工具——的一个关键特性是将PDE约束嵌入到损失函数中。 用于评估PDE残差的配点的选择和分布对于PINNs的性能至关重要。 此外,因果训练目前是一种流行的训练模式。 在本工作中,我们为PINNs提出了因果引导的自适应采样(Causal AS)方法。 鉴于因果训练的特点,我们使用加权PDE残差作为配点选择的指标,以关注正在训练区域中具有较大PDE残差的区域。 对于涉及的超参数$p$,我们开发了时间对齐驱动更新(TADU)方案,用于其动态更新,而不仅仅是将其固定为常数。 每次时间选择的配点将在下一次自适应采样步骤之前释放,以避免由先前选择的配点引起的累积效应并减少计算成本。 为了说明Causal AS方法的有效性,我们将它应用于求解时间依赖方程,包括Allen-Cahn方程、NLS方程、KdV方程和mKdV方程。 在训练过程中,我们采用时间推进技术,并通过将输入坐标嵌入傅里叶展开来严格施加周期性边界条件,以缓解优化挑战。 数值结果表明,预测解与真实值有很好的一致性。 与类似的工作相比,因果扩展的R3采样(Causal R3),我们提出的Causal AS方法在准确性方面表现出显著的优势。
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