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Causally enhanced initial conditions: A novel soft constraints strategy for physics informed neural networks
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作者 Wenshu Zha Dongsheng Chen +2 位作者 Daolun Li Luhang Shen Enyuan Chen 《Chinese Physics B》 2025年第4期365-375,共11页
Physics informed neural networks(PINNs)are a deep learning approach designed to solve partial differential equations(PDEs).Accurately learning the initial conditions is crucial when employing PINNs to solve PDEs.Howev... Physics informed neural networks(PINNs)are a deep learning approach designed to solve partial differential equations(PDEs).Accurately learning the initial conditions is crucial when employing PINNs to solve PDEs.However,simply adjusting weights and imposing hard constraints may not always lead to better learning of the initial conditions;sometimes it even makes it difficult for the neural networks to converge.To enhance the accuracy of PINNs in learning the initial conditions,this paper proposes a novel strategy named causally enhanced initial conditions(CEICs).This strategy works by embedding a new loss in the loss function:the loss is constructed by the derivative of the initial condition and the derivative of the neural network at the initial condition.Furthermore,to respect the causality in learning the derivative,a novel causality coefficient is introduced for the training when selecting multiple derivatives.Additionally,because CEICs can provide more accurate pseudo-labels in the first subdomain,they are compatible with the temporal-marching strategy.Experimental results demonstrate that CEICs outperform hard constraints and improve the overall accuracy of pre-training PINNs.For the 1D-Korteweg–de Vries,reaction and convection equations,the CEIC method proposed in this paper reduces the relative error by at least 60%compared to the previous methods. 展开更多
关键词 initial condition physics informed neural networks temporal march causality coefficient
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ESR-PINNs:Physics-informed neural networks with expansion-shrinkage resampling selection strategies
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作者 刘佳楠 侯庆志 +1 位作者 魏建国 孙泽玮 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第7期337-346,共10页
Neural network methods have been widely used in many fields of scientific research with the rapid increase of computing power.The physics-informed neural networks(PINNs)have received much attention as a major breakthr... Neural network methods have been widely used in many fields of scientific research with the rapid increase of computing power.The physics-informed neural networks(PINNs)have received much attention as a major breakthrough in solving partial differential equations using neural networks.In this paper,a resampling technique based on the expansion-shrinkage point(ESP)selection strategy is developed to dynamically modify the distribution of training points in accordance with the performance of the neural networks.In this new approach both training sites with slight changes in residual values and training points with large residuals are taken into account.In order to make the distribution of training points more uniform,the concept of continuity is further introduced and incorporated.This method successfully addresses the issue that the neural network becomes ill or even crashes due to the extensive alteration of training point distribution.The effectiveness of the improved physics-informed neural networks with expansion-shrinkage resampling is demonstrated through a series of numerical experiments. 展开更多
关键词 physical informed neural networks RESAMPLING partial differential equation
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基于PINN的混凝土热学参数反演方法
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作者 李如尧 张磊 +3 位作者 庞博 旦真旺加 郑磊 刘英杰 《水利水电科技进展》 北大核心 2025年第2期90-97,105,共9页
针对传统混凝土热学参数反演方法流程复杂、计算效率低的问题,提出了一种基于物理信息神经网络(PINN)的反演方法,其中待反演混凝土热学参数优化时的学习率根据待反演参数的精度要求确定。基于PINN反演方法,通过仿真试验反演了无水管冷... 针对传统混凝土热学参数反演方法流程复杂、计算效率低的问题,提出了一种基于物理信息神经网络(PINN)的反演方法,其中待反演混凝土热学参数优化时的学习率根据待反演参数的精度要求确定。基于PINN反演方法,通过仿真试验反演了无水管冷却和有水管冷却的混凝土热学参数,分析了反演结果的误差,并将PINN反演方法与传统有限元计算结合遗传算法的反演方法进行了对比。结果表明:基于PINN进行混凝土热学参数反演分析具有良好的精度、鲁棒性和泛化能力;根据待反演参数的精度要求确定学习率,能够在保证反演精度的前提下有效提高计算效率;PINN反演方法相比传统的反演方法具备计算框架简单、计算效率高的优势。 展开更多
关键词 混凝土温度场 热学参数 待反演参数 物理信息神经网络 学习率
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基于PINN方法的KdV类方程新孤子解的研究
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作者 邱天威 魏光美 +1 位作者 宋禹欣 王振 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第1期105-113,共9页
该文采用物理信息神经网络(physics-informed neural network,PINN)方法结合广义Miura变换,深入研究了三个KdV类方程,获得了一系列新的孤子解.具体而言,研究成果包括:基于改进的PINN方法,获得了mKdV方程的扭结-钟形解的解析形式;通过Mi... 该文采用物理信息神经网络(physics-informed neural network,PINN)方法结合广义Miura变换,深入研究了三个KdV类方程,获得了一系列新的孤子解.具体而言,研究成果包括:基于改进的PINN方法,获得了mKdV方程的扭结-钟形解的解析形式;通过Miura变换,发现了KdV方程的新单孤子解;结合广义Miura变换与PINN方法,预测出非线性较强的KdV类方程的暗孤子解.通过将PINN方法的数值结果与理论分析结果进行对比可以得知,基于广义Miura变换的PINN方法是发现偏微分方程新数值解的有效途径,同时对理论研究具有重要的启示意义. 展开更多
关键词 pinn方法 MIURA变换 KdV类方程 孤立子 可积系统
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基于PINN的二维剪切流圆柱绕流场重构
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作者 苑光耀 王俊淞 +1 位作者 赵玄烈 耿敬 《力学学报》 北大核心 2025年第2期436-452,共17页
随着机器学习方法的发展,基于数据驱动的流场预测成为研究热点.相比于传统神经网络对大量训练数据的依赖以及可解释性较差等问题,物理信息神经网络(PINN)通过将物理约束直接嵌入神经网络损失函数,仅需少量训练数据即可实现流场预测.文... 随着机器学习方法的发展,基于数据驱动的流场预测成为研究热点.相比于传统神经网络对大量训练数据的依赖以及可解释性较差等问题,物理信息神经网络(PINN)通过将物理约束直接嵌入神经网络损失函数,仅需少量训练数据即可实现流场预测.文章探究了基于PINN的低雷诺数条件下剪切流圆柱绕流场重构方法.基于开源CFD软件OpenFOAM生成的数值模拟数据构建训练集,构建引入剪切流边界条件的圆柱绕流PINN模型,利用流场采样点的速度和压强信息对PINN模型进行训练,以预测不同区域内的流速和压强分布.通过将PINN预测结果与数值模拟数据进行对比,评估了PINN在重构复杂流场中的表现.同时,研究了神经网络层数、网络节点数和监测点位置等参数变化对预测结果的影响,分析了参数调整对流场预测精度的优化作用.研究结果表明,PINN不仅能有效重构剪切流绕流场的流速和压强分布,其预测精度也与数值模拟结果较为吻合,验证了PINN在剪切流圆柱绕流场重构中的实用性和准确性.对比分析表明,监测点位置对预测结果的影响较为显著,合理选取监测点位置可使PINN预测精度提升1~2个数量级. 展开更多
关键词 物理信息神经网络 NAVIER-STOKES方程 剪切流场重构 圆柱绕流
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基于PINN的非线性电路直流工作点求解方法
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作者 蔡固顺 刘锦辉 +2 位作者 张馨丹 黄钊 王泉 《西安电子科技大学学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期91-103,共13页
物理信息神经网络是一种新型深度学习模型,但是却无法很好解决高阶非线性方程在电路直流分析中难以求解的问题。为此,提出了一种基于物理信息神经网络的新型学习仿真模型,用于实现对非线性电路直流工作点的高效仿真分析与精确求解。特别... 物理信息神经网络是一种新型深度学习模型,但是却无法很好解决高阶非线性方程在电路直流分析中难以求解的问题。为此,提出了一种基于物理信息神经网络的新型学习仿真模型,用于实现对非线性电路直流工作点的高效仿真分析与精确求解。特别地,文中同时将非线性器件的优安特性方程与修正节点分析方程作为损失函数的正则化项,通过将节点导纳矩阵与独立电源值作为先验知识直接代入物理信息神经网络中进行训练,得到直流工作点学习仿真模型,以有效预测节点电压值,实现对不同器件模型的非线性求解。在3种典型的非线性器件上验证了所提出的物理信息神经网络学习模型。仿真结果表明,所提出的物理信息神经网络学习模型与理论值相比,最大相对误差不超过4.30%,有效解决了传统数值算法在求解非线性电路直流工作点时难以收敛的问题。相比于Gmin法和源步进法,所提物理信息神经网络模型的平均预测精度分别提高了0.11%和0.23%。在需要更少样本的情况下,具有更好的学习效率与稳定性。 展开更多
关键词 物理信息神经网络 非线性器件 电路直流分析 预测模型
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基于PINN的Burgers方程求解模型 被引量:1
7
作者 骆炜杰 李芳 陈鑫 《信息工程大学学报》 2024年第3期323-330,共8页
传统的数值求解方法面临维数灾难和效率与精度平衡问题,而基于数据驱动的神经网络求解方法又存在训练量冗余和不可解释性问题。针对此问题,物理信息神经网络(Physical Information Neural Networks,PINNs)关注了训练数据中隐含的物理先... 传统的数值求解方法面临维数灾难和效率与精度平衡问题,而基于数据驱动的神经网络求解方法又存在训练量冗余和不可解释性问题。针对此问题,物理信息神经网络(Physical Information Neural Networks,PINNs)关注了训练数据中隐含的物理先验知识,融合了神经网络拟合复杂变量的能力,赋予了传统神经网络所缺乏的物理可解释性。应用该算法模型,提出了一种基于PINN的Burgers方程求解模型,该算法模型在训练中施加物理信息约束,因此能用少量的训练样本学习预测到分布在时空域上的偏微分方程模型。实验结果表明,在1+1维Burgers方程算例下,所提方法相比于经典的机器学习算法能有效捕抓到方程的变化并进行精确模拟,相比于有限差分法,可以大幅度缩短模拟时间。通过对不同的网络参数进行比较实验,所提方法在10%的噪声破坏下能产生合理的识别准确度,网络逼近方程的待定系数误差在0.001以内。 展开更多
关键词 计算流体力学 深度学习 物理信息神经网络 BURGERS方程
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机器学习方法在带孔薄板应力分析中的应用
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作者 荆宇航 王朝阳 +4 位作者 蔺永康 杨志强 方国东 赵锐 李景彤 《力学与实践》 2025年第2期285-294,共10页
采用机器学习结合计算力学分析了带孔薄板的应力问题,其中数据驱动神经网络依赖于输入数据,通过学习数据中的模式来进行预测。物理信息神经网络通过嵌入平衡方程,提高了准确性和泛化能力。深度能量法根据最小势能原理构造损失函数,计算... 采用机器学习结合计算力学分析了带孔薄板的应力问题,其中数据驱动神经网络依赖于输入数据,通过学习数据中的模式来进行预测。物理信息神经网络通过嵌入平衡方程,提高了准确性和泛化能力。深度能量法根据最小势能原理构造损失函数,计算效率和准确性明显更优,给出了其在双向均匀拉伸和非均匀拉伸下的Von Mises应力和误差云图,误差不超过5%。与机器学习的交叉有力地促进了计算力学研究范式的创新,并不断拓展其深度和应用范围。 展开更多
关键词 机器学习 神经网络 物理信息 深度能量法 应力分析
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基于物理信息神经网络的多介质非线性瞬态热传导问题研究
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作者 陈豪龙 唐欣越 +2 位作者 王润华 周焕林 柳占立 《力学学报》 北大核心 2025年第1期89-102,共14页
文章基于物理信息神经网络(physics-informed neural network,PINN)求解多介质非线性瞬态热传导问题.根据多介质热物性参数的不同,将求解区域划分成多个子域,在每个子域中单独应用PINN,不同子域通过公共界面的通量连续性条件相联系.利... 文章基于物理信息神经网络(physics-informed neural network,PINN)求解多介质非线性瞬态热传导问题.根据多介质热物性参数的不同,将求解区域划分成多个子域,在每个子域中单独应用PINN,不同子域通过公共界面的通量连续性条件相联系.利用偏微分方程、初始条件、边界条件和子域间公共界面连续性条件的残差构建损失函数.通过自动微分算法计算偏微分方程中温度对各输入变量的偏导数.利用链式求导法计算损失函数对权重和偏差的梯度,再根据梯度下降法更新网络参数.为了加速网络收敛,在激活函数中引入训练参数,通过调节激活函数斜率,使网络具有自适应性.文章探讨了PINN在求解多介质非线性瞬态热传导问题中的适用性,并进一步讨论了不同激活函数、学习率、网络结构和损失函数中的各项权重等对PINN计算结果的影响.计算结果表明,PINN在求解多介质非线性瞬态热传导问题时仍具有较高的可靠性和较简洁的求解流程,且不需要对求解域进行人为的前处理,有一定工程应用可行性.文章通过系统的理论分析和数值验证,充分展示了PINN解决复杂热传导问题的可靠性. 展开更多
关键词 物理信息神经网络 非线性瞬态热传导问题 多介质 自适应激活函数
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基于物理约束深度学习的大跨柔性光伏阵列绕流场重构
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作者 张春伟 柯世堂 +3 位作者 王伯洋 余玮 梁珂 马文勇 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第4期91-102,I0002,共13页
大跨柔性光伏阵列因双向串联结构引发的排间复杂三维绕流效应是导致其发生风致破坏的重要原因之一,传统物理风洞试验难以直接捕捉排间干扰下流场流动全过程的分布特性,而深度学习方法为实现复杂流场的精确重构与预测提供了新思路。为了... 大跨柔性光伏阵列因双向串联结构引发的排间复杂三维绕流效应是导致其发生风致破坏的重要原因之一,传统物理风洞试验难以直接捕捉排间干扰下流场流动全过程的分布特性,而深度学习方法为实现复杂流场的精确重构与预测提供了新思路。为了重构大跨柔性光伏阵列的速度场和压力场,以国电投江苏盐城柔性光伏示范基地40 m跨度五排三跨光伏阵列为研究对象,通过大涡模拟获取大跨柔性光伏阵列脉动风场数据,在此基础上提出了一种损失函数嵌入N-S方程和连续性方程约束的全连接神经网络深度学习方法,建立了数据驱动模型和数据-物理双驱动模型。结果表明:相较于数据驱动模型,数据-物理双驱动模型可以更加精确地捕捉大跨柔性光伏阵列绕流场特征,其中前两排及第四排光伏板后侧、上下缘及尾流区流向速度重构误差分别降低60.2%和36.6%,光伏板上下缘横向速度重构误差降低53.7%,流向速度和横向速度的全场重构误差分别为16.6%和18.5%;当损失函数缺乏压力项时,数据驱动模型无法从训练数据中捕捉压力信息,而数据-物理双驱动模型的N-S方程和连续性方程可引导模型通过速度场信息求解压力场,得到的排间绕流区压力场平均重构误差仅为16.1%。本研究为风荷载作用下复杂结构绕流场智能重构新方法提供了参考。 展开更多
关键词 大跨柔性光伏阵列 大涡模拟 物理约束神经网络 损失函数 流场重构 深度学习
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基于PINNs算法的地下水渗流模型求解及参数反演 被引量:5
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作者 张升 兰鹏 +1 位作者 苏晶晶 熊海斌 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期376-383,F0003,F0004,共10页
地下水渗流模型的渗流流速计算(正向求解)和渗流参数反演(反向求解)工程意义重要,但目前能同时解决两类问题的算法较少。针对该问题,引入了物理信息神经网络(PINNs)算法,并加入硬约束进行改进,在正向求解方面,分别建立了渗流方程与达西... 地下水渗流模型的渗流流速计算(正向求解)和渗流参数反演(反向求解)工程意义重要,但目前能同时解决两类问题的算法较少。针对该问题,引入了物理信息神经网络(PINNs)算法,并加入硬约束进行改进,在正向求解方面,分别建立了渗流方程与达西定律耦合的水头、流速同时求解方法(PINNs-H-I),以及先计算水头再通过自动微分求解流速的计算方法(PINNs-H-II)。对于反向求解,分别采用单(多)物理场神经网络模型的PINNs算法反演均质(非均质)渗流参数。通过算例分析表明,相比软约束PINNs算法,通过施加硬约束可同时改善正向求解和反向求解的性能,另外在正向渗流速度计算中PINNs-H-II方法具有更高的计算精度,同时单(多)物理场神经网络模型PINNs算法反演的均质(非均质)渗流参数与实际值符合较好。 展开更多
关键词 地下水渗流模拟 渗流参数反演 物理信息神经网络 硬约束
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基于低阶导数物理信息神经网络的流动和传热反演问题研究
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作者 张贤 胡春 +2 位作者 崔永赫 王秋旺 赵存陆 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第1期34-43,I0001,共11页
求解空气动力学领域中流动和传热反演问题对于飞行器设计和飞行环境控制至关重要。然而,传统数值方法在处理这类问题时,往往面临计算复杂性和数据依赖性的挑战。为解决此问题,基于物理信息神经网络(PINN),本文构建了低阶导数物理信息神... 求解空气动力学领域中流动和传热反演问题对于飞行器设计和飞行环境控制至关重要。然而,传统数值方法在处理这类问题时,往往面临计算复杂性和数据依赖性的挑战。为解决此问题,基于物理信息神经网络(PINN),本文构建了低阶导数物理信息神经网络(LPINN),其特点在于仅需有限的实验测量数据,即可有效地解决流动和传热的反演问题。为验证LPINN在反演问题上的应用效果,选择了两种典型的二维流动及传热案例(泊肃叶流动和顶盖驱动方腔流动)进行研究。结果表明,在缺乏明确边界条件的前提下,LPINN能利用稀疏的实验数据,准确预测整个计算区域内的流场和温度场,并能够较为精确地确定控制方程中的雷诺数和佩克莱数。对随机取点、均匀取点和基于先验知识取点3种不同的实验观测点选取方案进行了对比分析,发现基于先验知识取点方案在保证高反演精度的同时,其所需的实验观测点数量最少,这对提高反演问题的求解效率具有积极意义。此外,LPINN在处理反演问题时展现出对实验数据中噪声的高度鲁棒性。 展开更多
关键词 低阶导数 物理信息神经网络 流动与传热 反演问题
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基于时间权重的物理信息神经网络求解非稳态偏微分方程
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作者 韦昌 樊昱晨 +3 位作者 周永清 刘欣 李驰 王赫阳 《力学学报》 北大核心 2025年第3期755-766,共12页
物理信息神经网络(physics-informed neural networks,PINN)是一种将深度学习技术与物理模型相结合的计算方法,目前已经成为智能科学计算领域的研究热点.然而,传统的PINN在求解非稳态偏微分方程时,常因忽视动态系统的时间因果关系而出... 物理信息神经网络(physics-informed neural networks,PINN)是一种将深度学习技术与物理模型相结合的计算方法,目前已经成为智能科学计算领域的研究热点.然而,传统的PINN在求解非稳态偏微分方程时,常因忽视动态系统的时间因果关系而出现训练效率低下和预测精度不足等问题.为了解决这些局限性,文章提出了一种基于时间权重的物理信息神经网络(time-weighted physics-informed neural network,TWPINN).该模型通过引入可体现系统动态变化特征的时间权重函数,对损失函数进行了优化,以增强神经网络的时间因果关系.由于初始条件对于准确预测系统的动态行为具有决定性的作用,因此在TWPINN中,权重值会随着时间的推移而呈现单调递减的趋势,以确保模型对早期时间点采样数据赋予更高的重视.此外,TWPINN在训练过程中采用了一种动态权重调整策略,随着迭代次数的增加,模型会逐步调整对后续时间采样点的权重分配.这种策略使模型不仅能够捕捉到系统的初始状态和短期变化,而且显著提高了对长期演变趋势的预测准确性.为了验证TWPINN的性能,文章选取一维非稳态对流方程和一维非稳态反应扩散方程作为测试案例.结果表明,TWPINN在求解这两种方程时均能提供与基准解高度一致的预测结果,并且可以将预测误差控制在较低水平. 展开更多
关键词 物理信息神经网络 时间权重函数 对流方程 反应扩散方程
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基于改进物理信息神经网络的变电站建筑本体运行碳排放预测方法
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作者 高君玺 刘刚 +1 位作者 陈庆伟 王志鹏 《建筑节能(中英文)》 2025年第4期113-119,共7页
变电站建筑碳排放量的计算是一个复杂且具有挑战性的任务,尤其是在设计阶段预测碳排放量将有助于实现碳排放量的控制。神经网络(NN)模型由于其计算速度快、预测准确性高的优点被广泛应用。然而,实际应用中往往难以收集到模型所需的高质... 变电站建筑碳排放量的计算是一个复杂且具有挑战性的任务,尤其是在设计阶段预测碳排放量将有助于实现碳排放量的控制。神经网络(NN)模型由于其计算速度快、预测准确性高的优点被广泛应用。然而,实际应用中往往难以收集到模型所需的高质量数据集,这对模型的训练难度与预测鲁棒性造成了影响。事实上,可以通过总结数据集的先验信息,并通过先验信息与神经网络相结合提高模型的训练速度与数据集范围外的预测效果。提出一种用于碳排放预测的物理信息神经网络(PINN)构建方法,将遗传规划(GP)算法嵌入PINN结构中,以获取数据集的先验物理信息,从而提高模型性能。以山东省作为分析案例区域,对比两个模型在不同数据集下的训练结果,证明了在小数据集下相较于NN模型PINN具有更快的训练速度与更好的预测稳定性。 展开更多
关键词 碳排放 物理信息约束神经网络 变电站
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基于PINNs的圣维南方程组数据同化方法 被引量:1
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作者 方卫华 徐孟启 《水资源保护》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期24-31,64,共9页
为提高河道水位流量数据同化的智能化水平,基于物理信息神经网络(PINNs)提出了圣维南方程组的数据同化方法。采用双输出网络结构解决双输出方程组的同化问题,以模拟的实测数据作为边界条件和初始条件,通过消融试验验证网络中加入时空映... 为提高河道水位流量数据同化的智能化水平,基于物理信息神经网络(PINNs)提出了圣维南方程组的数据同化方法。采用双输出网络结构解决双输出方程组的同化问题,以模拟的实测数据作为边界条件和初始条件,通过消融试验验证网络中加入时空映射缩放和平衡权重系数对同化模型的有效性,以及所提出同化方法在部分测值缺失情况下的鲁棒性。结果表明,一维非恒定流圣维南方程组的数据同化结果与Preissmann四点隐式差分法结果一致,且随着同化断面数量的增加,所获得的同化精度也稳步提升;基于PINNs的圣维南方程组数据同化方法有效,对非恒定流模拟具有较强的适应性。 展开更多
关键词 圣维南方程组 物理信息神经网络 Preissmann四点隐式差分法 数据同化
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融合物理机制深度学习的混凝土浇筑仓温度监测数据去噪方法
16
作者 李如尧 张毅 +1 位作者 何瑞良 张磊 《水力发电》 2025年第4期48-53,90,共7页
考虑到混凝土浇筑仓温度监测数据背后遵循的物理机制,提出了一种基于物理信息神经网络的混凝土浇筑仓温度监测数据去噪方法,即利用混凝土浇筑仓温度时空变化所遵循的热传导方程,在常规数据驱动的神经网络拟合混凝土浇筑仓温度监测数据... 考虑到混凝土浇筑仓温度监测数据背后遵循的物理机制,提出了一种基于物理信息神经网络的混凝土浇筑仓温度监测数据去噪方法,即利用混凝土浇筑仓温度时空变化所遵循的热传导方程,在常规数据驱动的神经网络拟合混凝土浇筑仓温度监测数据去噪的基础上,增加混凝土浇筑仓温度时空变化控制方程的约束来控制神经网络函数拟合的光滑性和合理性,从而实现混凝土浇筑仓温度监测数据的光滑去噪处理。通过工程实例分析对该方法进行验证,结果表明:使用该方法对大坝混凝土浇筑仓温度监测数据进行去噪处理,即保留了数据的局部特征,整体上又比较光滑。该方法能够有效地去除混凝土浇筑仓温度监测数据中的噪声,且具备较好的泛化拟合能力,为混凝土浇筑仓温度监测数据光滑去噪处理提供了一种新思路。 展开更多
关键词 混凝土浇筑仓温度监测 监测数据 数据去噪 物理机制 物理信息神经网络
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基于物理信息神经网络的水库调度研究
17
作者 王飞龙 胡挺 肖扬帆 《水电能源科学》 北大核心 2025年第4期213-216,共4页
传统的水库调度智能模型多是以前馈神经网络或循环神经网络为代表的黑箱模型,模型的可解释性较差,缺乏内部规律的探索。因此,基于物理神经网络基本原理,结合水库调度方程,以出库流量误差及出力误差之和为模型总误差,建立了包含水库调度... 传统的水库调度智能模型多是以前馈神经网络或循环神经网络为代表的黑箱模型,模型的可解释性较差,缺乏内部规律的探索。因此,基于物理神经网络基本原理,结合水库调度方程,以出库流量误差及出力误差之和为模型总误差,建立了包含水库调度方程的物理机制神经网络,并以向家坝水库为例,对比了不含水库调度方程的神经网络,讨论了模型隐藏层数及隐藏层神经元个数对模型精度的影响。结果表明,包含水库调度方程的神经网络模型验证效果优于一般前馈神经网络,验证误差率为3%,隐藏层数和神经元个数太少会导致模拟效果较差,而太多的隐藏层数和神经元个数可能对模型精度提升不大,选择合适的隐藏层数和神经元个数是提高模型精度的手段之一。 展开更多
关键词 水库调度 物理约束 物理信息神经网络 前馈神经网络 PDE
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基于物理信息神经网络的长距离顶管施工顶力预测
18
作者 李博 刘宇翔 +2 位作者 陈建国 杨耀红 张哲 《人民长江》 北大核心 2025年第1期147-155,共9页
长距离顶管施工过程中,准确预测顶力是有效控制施工安全质量及进度的关键问题。基于知识数据融合的机器学习建模方法,将顶力计算物理模型与多层感知机相融合,构建了物理-数据双驱动的物理信息神经网络模型(PINN),用物理机制约束神经网... 长距离顶管施工过程中,准确预测顶力是有效控制施工安全质量及进度的关键问题。基于知识数据融合的机器学习建模方法,将顶力计算物理模型与多层感知机相融合,构建了物理-数据双驱动的物理信息神经网络模型(PINN),用物理机制约束神经网络的训练机制,并引入改进的麻雀搜索算法(ISSA)对模型超参数取值进行优化,建立了ISSA-PINN顶管施工顶力预测模型;以河南省郑开同城东部供水工程顶管施工为例,选取524组工程实测数据验证了模型的有效性。计算结果表明:ISSA-PINN模型具有较高的预测精度,相较于单纯数据驱动模型,在测试集和新数据集中的预测性能分别提升了0.07和0.17,说明物理模型的融入对降低机器模型的过拟合风险和提高泛化能力有积极影响;相比于SSA和粒子群算法,ISSA算法寻优速度更快、适应度更好。研究结果可为顶管工程施工顶力控制提供参考。 展开更多
关键词 顶管施工 顶力预测 物理信息神经网络(pinn) 改进麻雀搜索算法(ISSA)
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悬臂式掘进机油液系统故障诊断方法研究
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作者 刘国鹏 《煤炭科技》 2025年第2期46-52,共7页
悬臂式掘进机油液系统在长期运行过程中,其稳定性和可靠性对于整个设备的安全和效率至关重要。传统的单一传感器监测方法存在数据维度有限、互补性不足的局限,无法全面反映油液系统工作中的真实状态。为了解决这一问题,提出了基于卷积... 悬臂式掘进机油液系统在长期运行过程中,其稳定性和可靠性对于整个设备的安全和效率至关重要。传统的单一传感器监测方法存在数据维度有限、互补性不足的局限,无法全面反映油液系统工作中的真实状态。为了解决这一问题,提出了基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的掘进机多传感器油液系统故障诊断方法。首先,进行润滑油的监测与数据采集,这一步骤主要关注润滑油的理化性能指标,如黏度和酸值等,以及油液中携带的磨粒信息。其次,利用多传感器采集的数据作为输入,构建并训练一个卷积神经网络(CNN)模型进行故障诊断。最后,为验证所提方法的有效性,将其与其他机器学习方法在故障状态分类的准确性方面进行比较。结果表明,所提出的方法在诊断精度上明显高于其他传统机器学习方法。这一结果不仅证明了CNN模型在处理此类复杂数据时的优势,还进一步验证了该方法的高效性和准确性。 展开更多
关键词 悬臂式掘进机 油液 卷积神经网络 理化指标 磨粒信息
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PINNs算法及其在岩土工程中的应用研究 被引量:8
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作者 兰鹏 李海潮 +2 位作者 叶新宇 张升 盛岱超 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期586-592,F0002,F0003,共9页
物理信息神经网络(PINNs)算法采用自动微分方法将偏微分方程直接嵌入神经网络中,从而实现对偏微分方程的智能求解,属于一种新型的无网格算法,具有收敛速度快和计算精度高等优点。PINNs不仅能够实现对偏微分方程求解,还能够对偏微分方程... 物理信息神经网络(PINNs)算法采用自动微分方法将偏微分方程直接嵌入神经网络中,从而实现对偏微分方程的智能求解,属于一种新型的无网格算法,具有收敛速度快和计算精度高等优点。PINNs不仅能够实现对偏微分方程求解,还能够对偏微分方程未知参数进行反演,因此对岩土工程复杂问题具有广泛的应用前景。为了验证PINNs算法在岩土工程领域的可行性,对连续排水边界条件下的一维固结理论进行求解和界面参数反演。计算结果表明,PINNs数值结果与解析解具有高度一致性,且界面参数反演结果准确,说明PINNs算法能够为岩土工程相关问题提供新的求解思路。 展开更多
关键词 物理信息神经网络(pinns) 自动微分 无网格算法 参数反演 连续排水边界条件
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