PhyGNNet: Solving spatiotemporal PDEs with Physics-informed Graph Neural Network

自动微分 人工神经网络 外推法 偏微分方程 计算机科学 搭配(遥感) 理论计算机科学 计算 反向传播 图形 领域(数学分析) 算法 人工智能 数学优化 数学 机器学习 数学分析
作者
Longxiang Jiang,Liyuan Wang,Xinkun Chu,Yonghao Xiao,Hao Zhang
标识
DOI:10.1145/3590003.3590029
摘要

Partial differential equations (PDEs) are a common means of describing physical processes. Solving PDEs can obtain simulated results of physical evolution. Currently, the mainstream neural network method is to minimize the loss of PDEs thus constraining neural networks to fit the solution mappings. By the implementation of differentiation, the methods can be divided into PINN methods based on automatic differentiation and other methods based on discrete differentiation. PINN methods rely on automatic backpropagation, and the computation step is time-consuming, for iterative training, the complexity of the neural network and the number of collocation points are limited to a small condition, thus abating accuracy. The discrete differentiation is more efficient in computation, following the regular computational domain assumption. However, in practice, the assumption does not necessarily hold. In this paper, we propose a PhyGNNet method to solve PDEs based on graph neural network and discrete differentiation on irregular domain. Meanwhile, to verify the validity of the method, we solve Burgers equation and conduct a numerical comparison with PINN. The results show that the proposed method performs better both in fit ability and time extrapolation than PINN. Code is available at https://github.com/echowve/phygnnet.
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