PINN又爆创新!算法小改,百倍加速!

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学术界大明星PINN又新爆了不少好东西,近期的就有权威期刊JCP2025上的VS-PINN,算法小改一下,就比原生PINN加速近百倍!另外还有个经典作Stiff-pinn,单单今年就被引100次!

需知PINN能大大降低实验难度,是“水”论文的一把好手,这波爆发想必又有发挥(搞创新)空间了~细看这俩的创新算是PINN的优化与训练策略类,除此以外,PINN还有自适应、采样与离散化、与其他技术结合等主要创新路径,尤其自适应,物理方程不够,神经网络来凑;数据不够,物理方程来凑...一般只要让审稿人觉得能work,那就离录用不远了picture.image

为方便大家了解前沿/快速入门,我根据上述路径特别整理了132篇PINN创新研究,包含入门各阶段必读,以及相应的可复现代码,相信大家学习后可以更轻松上手,发出满意的文章。

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VS-PINN: A fast and efficient training of physics-informed neural networks using variable-scaling methods for solving PDEs with stiff behavior

方法: 论文介绍了一种新的物理信息神经网络(PINN)训练方法VS-PINN,通过变量缩放技术来解决偏微分方程(PDEs)中的刚性或高频问题,显著提高了训练效率和准确性。

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创新点:

  • 提出VS-PINN方法,利用变量缩放技术改变PDEs解的刚性或高频特性,提升PINNs训练效率和性能。
  • VS-PINN无需增加额外计算成本,简单易用,且在多种数值实验中对刚性问题和非线性问题表现出色。
  • 基于NTK分析,证明变量缩放可增大NTK特征值,加快训练收敛速度,为VS-PINN性能提升提供理论支持。

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Stiff-pinn: Physics-informed neural network for stiff chemical kinetics

方法: 论文创新性地提出了一种名为Stiff-PINN的新方法,通过应用准稳态假设(QSSA)来降低化学动力学问题中的刚性,从而显著提升了PINN在解决刚性常微分方程(ODEs)系统时的性能和准确性。

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创新点:

  • 首次将PINN应用于刚性化学动力学问题,揭示了PINN在处理刚性常微分方程系统时面临的挑战。
  • 引入准稳态假设来降低ODEs系统的刚性,使PINN能够成功应用于转换后的非/轻刚性系统。
  • 通过数值实验验证了Stiff-PINN方法在解决刚性化学动力学问题时的有效性,为将PINN应用于复杂化学动力学系统提供了新途径。

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MAD-SCIENTIST: AI-BASED SCIENTIST SOLVING CONVECTION-DIFFUSION-REACTION EQUATIONS US ING MASSIVE PINN-BASED PRIOR DATA

方法: 论文提出了一种名为MaD-Scientist的新方法,利用基于物理信息神经网络(PINN)的大量先验数据,通过Transformer架构和贝叶斯推理,以零样本学习的方式解决对流-扩散-反应方程等偏微分方程(PDEs)。

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创新点:

  • 提出MaD-Scientist方法,利用PINN生成的近似先验数据进行预训练,无需精确的数值解,降低了数据获取成本。
  • 采用Transformer架构结合贝叶斯推理,实现零样本学习,无需知晓控制方程即可预测PDEs的解。
  • 通过实验验证了该方法在处理对流-扩散-反应方程时的鲁棒性和准确性,即使在先验数据存在噪声的情况下也能保持良好的性能。

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KAN-ODEs: Kolmogorov-Arnold Network Ordinary Differential Equations for Learning Dynamical Systems and Hidden Physics

方法: 论文提出了一种名为KAN-ODEs的新方法,它将Kolmogorov-Arnold网络(KANs)应用于神经常微分方程(Neural ODEs),用于学习动态系统和隐藏的物理规律。

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创新点:

  • 提出KAN-ODEs方法,将KANs与神经常微分方程(Neural ODEs)结合,用于学习动态系统和隐藏物理规律。
  • KAN-ODEs在准确性、神经缩放、可解释性和泛化能力等方面优于传统的多层感知机(MLPs)。
  • 通过多个实验验证了KAN-ODEs在处理复杂动态系统和数据稀疏情况下的有效性,展示了其在科学机器学习中的潜力。

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