【Nature高分思路速递】 物理驱动的机器学习

作为常在《Nature》出没的方向,物理信息机器学习PIML今年依然势头不减,只综述就发表了许多,比如布朗大学GE Karniadakis院士的那篇。

从这些成果来看,PIML如今已从概念验证逐渐走向广泛应用,新的应用场景正不断涌现。这也意味着有大量可探索的空间,更容易做出开创性的工作。

为助力各位快速找到突破口,我建议:如果想快速发文,试试将现有的PIML方法应用到一个新的、还没人用PIML解决过的具体工程问题;如果想发高区,那就在效率、稳健性、泛化能力以及在真实复杂场景下的表现上下功夫。

当然,大家最终是要根据自身情况才能做决定,我这边也准备了12篇PIML前沿论文作为参考,代码已附,希望各位看完可以有所收获。

全部论文+开源代码需要的同学看文末

Generative learning for forecasting the dynamics of high-dimensional complex systems

**方法:**论文提出 G-LED 框架,以物理信息机器学习为核心:将高维数据下采样到低维流形,用多头自回归注意力模型演化其动力学,再通过融入物理信息的贝叶斯扩散模型将低维流形映射回高维空间,实现高维复杂系统模拟加速与准确预测。

创新点:

  • 提出G-LED框架,结合生成学习与自回归注意力机制,可捕捉湍流等复杂多尺度动力学。

  • 用非可训练下采样编码器,且将物理信息融入解码器,提升预测物理一致性。

  • 以多头自回归注意力模型替代传统模型,优化效率,在多类测试中实现降本与精准预测。

Physics-informed machine learning

**方法:**论文围绕物理信息机器学习展开,核心方法是将物理定律与机器学习融合:通过观测偏差、归纳偏差、学习偏差三种路径嵌入物理信息,还结合混合方法,依托核方法、经典数值算法建立理论联系,以解决正逆问题、高维系统求解等问题。

创新点:

  • 通过数据、专用网络架构、物理正则损失(如PINNs嵌PDE)三种路径,将物理信息嵌入机器学习。

  • 提出混合方法,如结合DeepONets与PINNs、融合高低保真数据,还将神经网络嵌入传统数值方法。

  • 建立与核方法、经典数值算法的理论联系,适配小数据、噪声数据及高维系统。

Kolmogorov n-Widths for Multitask Physics-Informed Machine Learning (PIML) Methods: Towards Robust Metrics

**方法:**论文针对多任务PIML缺客观指标的问题,以Kolmogorov n 宽度为核心方法:先训练 MH-PINNs、PI-DONs 等 PIML 模型得到基函数,再通过双优化算该宽度,还将其作为正则项融入三优化训练,缓解过拟合、提升泛化性,最终在 1D 泊松方程等任务上验证其能有效对比 PIML 架构性能,避免采样误差误导。

创新点:

  • 用Kolmogorov n宽度作多任务PIML的评估指标,通过双优化算宽度,量化模型解空间近似能力,避免采样误差误导。

  • 将Kolmogorov n宽度作为正则项,融入三优化训练,缓解PIML模型过拟合,提升泛化性。

  • 在1D泊松方程等任务验证该宽度能对比PIML架构、激活函数性能,明确网络参数对泛化的影响。

Separable Physics-Informed DeepONet: Breaking the Curse of Dimensionality in Physics-Informed Machine Learning

**方法:**论文针对传统PINNs求解含间断/多尺度PDE的精度与稳定性问题,提出改进的物理信息机器学习方法:将熵守恒、TVD等物理准则融入模型,结合自适应采样与多尺度网络,保留自动微分算PDE残差、融数据与物理约束优化的核心范式,在高超声速流动等场景验证其提升物理一致性与预测性能的效果。

创新点:

  • 提出Sep-PI-DeepONet,拆分PI-DeepONet为独立子网络实现坐标分解,将主干网络传播次数从降为,突破高维PDE维度灾难。

  • 用前向模式AD算PDE梯度项,雅可比矩阵规模大幅缩减,计算成本随离散密度与维度线性增长。

  • 在多类基准测试中,Sep-PI-DeepONet精度相当传统PI-DeepONet,训练时间降两个数量级,还能处理高维PDE。

关注下方《学姐带你玩AI》🚀🚀🚀

回复"222"获取全部方案+开源代码

码字不易,欢迎大家点赞评论收藏

相关推荐
NAGNIP6 小时前
一文搞懂深度学习中的通用逼近定理!
人工智能·算法·面试
冬奇Lab7 小时前
一天一个开源项目(第36篇):EverMemOS - 跨 LLM 与平台的长时记忆 OS,让 Agent 会记忆更会推理
人工智能·开源·资讯
冬奇Lab7 小时前
OpenClaw 源码深度解析(一):Gateway——为什么需要一个"中枢"
人工智能·开源·源码阅读
AngelPP11 小时前
OpenClaw 架构深度解析:如何把 AI 助手搬到你的个人设备上
人工智能
宅小年11 小时前
Claude Code 换成了Kimi K2.5后,我再也回不去了
人工智能·ai编程·claude
九狼11 小时前
Flutter URL Scheme 跨平台跳转
人工智能·flutter·github
ZFSS11 小时前
Kimi Chat Completion API 申请及使用
前端·人工智能
天翼云开发者社区12 小时前
春节复工福利就位!天翼云息壤2500万Tokens免费送,全品类大模型一键畅玩!
人工智能·算力服务·息壤
知识浅谈12 小时前
教你如何用 Gemini 将课本图片一键转为精美 PPT
人工智能
Ray Liang13 小时前
被低估的量化版模型,小身材也能干大事
人工智能·ai·ai助手·mindx