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Weight initialization algorithm for physics-informed neural networks using finite differences

  • 15.08.2023
  • Original Article
Erschienen in:

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Abstract

Der Artikel stellt einen neuartigen Gewichtsinitialisierungsalgorithmus für physikalisch informierte neuronale Netzwerke (PINNs) vor, um partielle Differentialgleichungen (PDEs) effizient zu lösen. Durch Nutzung endlicher Differenzmethoden nähert sich der vorgeschlagene Algorithmus der PDE-Lösung an und verwendet sie als Datensatz, um ein Feed-forward Neural Network (FNN) zu trainieren. Die Gewichte des FNN werden dann auf das PINN übertragen, was zu verbesserten Trainingsverlusten und schnellerer Konvergenz führt. Die Methode wird anhand numerischer Beispiele demonstriert, darunter Fisher-Kolmogorov, eindimensionale Diffusion und Burger-PDEs. Zusätzlich wird in dem Artikel ein Progressiver Auftaualgorithmus vorgestellt, um die Berechnungskosten weiter zu senken, indem die PINN-Schichten schrittweise verfeinert werden. Dieser Ansatz verbessert nicht nur die Genauigkeit von PINN-Lösungen, sondern optimiert auch den Trainingsprozess und leistet damit einen wertvollen Beitrag im Bereich des wissenschaftlichen maschinellen Lernens.

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Titel
Weight initialization algorithm for physics-informed neural networks using finite differences
Verfasst von
Homayoon Tarbiyati
Behzad Nemati Saray
Publikationsdatum
15.08.2023
Verlag
Springer London
Erschienen in
Engineering with Computers / Ausgabe 3/2024
Print ISSN: 0177-0667
Elektronische ISSN: 1435-5663
DOI
https://doi.org/10.1007/s00366-023-01883-y
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