Sep, 2021

基于物理知识约束的神经网络用于动力系统建模

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TL;DR利用物理学基础知识作为先验知识，通过将物理学基础知识注入到神经网络结构中，从轨迹数据中学习动力学模型，并在模型的训练过程中通过增广拉格朗日法强制实施物理学知识约束，实验证明该做法比不包括先验知识的基线方法在相同的训练数据集上能够将系统动力学预测准确率提升两个数量级。
physics-based knowledgedynamical systemsneural network modelstrajectory datainductive bias
发现论文，激发创造
  • 物理信息多 LSTM 网络用于非线性结构模型化

    本文介绍了一种基于物理知识的深度学习框架，其利用少量数据对非线性结构系统进行元建模，并成功演示了其对复杂结构的精确预测性能。

    Feb, 2020

  • 基于物理信息的自编码器用于 Lypunov 稳定流体流动预测

    该论文探讨了如何将物理先验知识加入数据驱动模型，提高模型的质量和稳定性，并以 Lyapunov 分析为视角，通过研究液体流动预测的典型问题，验证了保持 Lyapunov 稳定性的模型可以提高泛化性能并减少预测不确定性。

    May, 2019

  • 机器学习在动态系统建模与分析中的应用

    使用物理上知悉的神经网络方法来分析含有一种运动第一积分的非线性哈密顿系统，并提出了一种结构，将现有的哈密顿神经网络结构与 Adaptable Symplectic 循环神经网络相结合，可以在整个参数空间内预测动力学，保留哈密顿方程以及相空间的辛结构。同时，利用神经网络的高维非线性能力，结合 Long Short Term Memory 网络进行判断嵌入定理的实现，构造系统的延迟嵌入，并将拓扑不变吸引子映射到真实形式。该方法对于单参数势能有效，并且即使在较长时间内也能提供准确的预测结果。

    Jul, 2023

  • 基于物理信息的 RNN-DCT 网络用于时间依赖偏微分方程

    本文提出了一种新颖的基于物理信息的神经网络框架，用于解决时间依赖偏微分方程，利用离散余弦变换对空间频率进行编码，再利用循环神经网络处理时间演化，从而实现对问题的时空动态的潜在表达，提高了物理相关模型的效率和灵活性，并在 Navier-Stokes 方程的 Taylor-Green 涡旋解上实现了最先进的性能。

    Feb, 2022

  • 精确的保守物理知识神经网络与深度操作网络对于动力系统的应用

    我们介绍了一种用于训练动力学系统的保守型物理信息神经网络和深度算子网络的方法，该方法利用基于投影的技术将通过神经网络求解器学习到的候选解映射到不变流形上。我们证明了在数学科学的几个实际问题中，相比于非保守型方法，精确保守型的物理信息神经网络求解器和深度算子网络在性能上有巨大的优势。

    Nov, 2023

  • 具有部分信息的识别：针对某些已知物理变量、参数、时间的情况

    通过数值积分和物理先验知识，利用基于神经网络的方法鉴定动态系统，允许任意时间点的数据学习，同时估计实验参数。

    Apr, 2023

  • 物理信息分段线性神经网络的过程优化

    提出了利用物理知识来升级神经网络模型以解决优化问题的方法，通过使用修正线性单元和分段线性逼近的双曲正切激活函数，针对三个不同的案例进行实验，结果表明这种升级模型比传统模型更接近于全局最优解，且更有效地优化了 CPU 时间。

    Feb, 2023

  • 基于物理先验的深度生成模型

    应用深度生成模型通过物理学定理来传递极高复杂物理系统中的不确定性。我们构建出一个隐式变分推断公式，并顺利地运用物理学原理作为模型输出的约束条件。这让模型在面对高成本数据采集以及通常小型训练数据集的物理系统建模时具备了一种可扩展的方法来描述随机输入或观测和物理系统输出的不确定性，并以传输动态为规范示例来验证了方法的有效性。

    Dec, 2018

  • 物理信息神经网络在流体动力学代理建模中的改进

    通过引入基于物理的规则，将 PINNs 模型用于流体动力学的代理模型，证明了其在数据缺失，边界条件不明确以及复杂的工程系统逆向问题等方面的效果。并介绍了该建模方法的其他优点，包括提高模型的预测性能，提高对数据噪声的稳健性，并减少对于先前未见场景的优化收敛所需的时间。

    May, 2021

  • 深度 Lagrangian 网络：以物理学为深度学习的模型先验

    使用理论物理知识，以很少的数据为样本，提出了一种新的深度学习方法 Deep Lagrangian Networks (DeLaN)，可用于机器人轨迹跟踪控制，能够在实时学习中更快速，更准确地进行模型学习， 并能更加可靠地对新的轨迹进行外推

    Jul, 2019