计算机科学 > 机器学习
[提交于 2025年4月8日
(v1)
,最后修订 2025年6月21日 (此版本, v2)]
标题: 基于物理信息的KAN PointNet:在多个不规则几何体上不可压缩流动反问题的深度学习方法
标题: Physics-informed KAN PointNet: Deep learning for simultaneous solutions to inverse problems in incompressible flow on numerous irregular geometries
摘要: Kolmogorov-Arnold网络(KANs)因其在计算物理领域的深度学习应用,特别是解决稀疏数据的反问题,而成为传统多层感知机(MLPs)的一种替代方案,如物理信息Kolmogorov-Arnold网络(PIKAN)所示。 然而,KANs在单次训练运行中同时解决多个不规则几何的反问题的能力仍未经探索。 为解决这一空白,我们引入了物理信息Kolmogorov-Arnold PointNet(PI-KAN-PointNet),其中共享的KANs被整合到PointNet架构中,以捕捉计算域的几何特征。 损失函数包括通过自动微分计算的控制方程的平方残差,以及稀疏观测和部分已知的边界条件。 我们使用雅可比多项式构建共享的KANs,并通过考虑不同次数和类型的雅可比多项式来研究其性能,从计算成本和预测准确性方面进行评估。 作为基准测试案例,我们考虑了一个带有圆柱体的正方形腔体中的自然对流问题,其中圆柱体的形状在135个几何数据集中变化。 PI-KAN-PointNet具有两个主要优势。 首先,它克服了当前PIKANs的限制,这些限制仅能每轮训练解决一个计算域,从而降低了计算成本。 其次,当将PI-KAN-PointNet与使用MLPs的物理信息PointNet的性能进行比较时,我们发现,在可训练参数数量大致相同且在epoch数量、每个epoch的训练时间和内存使用方面具有可比计算成本的情况下,PI-KAN-PointNet的预测更加准确,尤其是在涉及非光滑几何的未知边界条件值方面。
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