计算机科学 > 机器学习
[提交于 2025年4月30日
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标题: 物理信息神经网络中的多级数据集训练方法
标题: Multi-level datasets training method in Physics-Informed Neural Networks
摘要: 物理信息神经网络(PINNs)作为一种有前途的方法,在解决偏微分方程(PDEs)方面崭露头角,并在计算机科学和各种与物理相关的领域引起了广泛关注。尽管已经证明了它们能够整合多种应用中的物理定律,但PINNs仍然难以应对那些难以求解或解中有高频成分的挑战性问题,这导致了精度和收敛性的问题。这不仅会增加计算成本,还可能导致精度损失或解的发散。在本研究中,提出了一种替代方法来缓解上述问题。受到计算流体力学(CFD)社区中多重网格方法的启发,当前方法的基本思想是通过使用不同级别的训练样本进行训练,有效地去除不同频率的误差,从而以一种更简单的方式提高训练精度,而无需花费时间在神经网络结构、损失权重以及超参数的精细调整上。为了证明该方法的有效性,我们首先研究了一个具有高频成分的一维常微分方程(ODE)和一个使用V循环训练策略的二维对流扩散方程。最后,该方法被应用于经典的稳态基准问题——不同雷诺数下的驱动腔流动问题,以研究其在涉及多个高低频模式的问题中的适用性和有效性。通过利用各种训练序列模式,预测结果的改进使得30个案例可以探讨当前方法与迁移学习技术之间的协同作用,针对更复杂的问题(即更高的Re)。从目前的结果来看,该框架甚至能够在Re=5000的情况下产生良好的预测结果,展示了其解决复杂的高频PDE的能力。
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