PINN零基础入门指南，附代码（一）

目标  

内容介绍

• 神经网络模型
   

   为激活函数，通常情况下激活函数有以下几种，神经网络添加激活函数的原因是，线性函数的叠加无法表示非线性函数，本文采用的是    函数

• 损失函数

   是需要训练的神经网络参数，    是训练结果，    是真实结果,本文采用均方误差即：

除此之外也有一些其他的误差形式，这里就不一一举例。损失函数决定了优化目标，优化器通过梯度下降法优化，即：

   是步长也叫学习率，当前    减去步长乘以梯度就是更新后的参数值,现成的梯度算法工具有很多，本文采用Adam。

• 反向传播

在优化过程中需要对损失函数关于优化参数求导，获得每一个优化参数对损失函数的影响即梯度计算：

具体方法如下图所示，采用链式法则的方法从后往前计算，因此也叫反向传播。

步骤

1. 准备训练数据：生成一些样本点       

x=torch.linspace(0,1,101).reshape(-1,1)
y=torch.sin(x)

1. 定义神经网络模型

class SimpleNN(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(SimpleNN, self).__init__()
        self.hidden =nn.Linear(1,64)#隐藏层
        self.output = nn.Linear(64,1)#输出层

    def forward(self, x):
        x=torch.relu(self.hidden(x))#Relu激活函数
        return self.output(x)

1. 初始化模型，使用均方误差（MSF）损失函数来衡量预测值和真实值之间的差异，选取Adam优化器，更新网络参数，最小化损失函数

model = SimpleNN()#初始化模型
criterion = nn.MSELoss()#均方误差损失函数
optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)#Adam优化器

1. 开始训练模型

num_epochs = 5000#训练5000次
train_losses = []
val_losses = []
for epoch in range(num_epochs):
    model.train()#启用训练模式
    optimizer.zero_grad()#清除梯度
    output_train = model(x_train)#前向传播
    loss_train = criterion(output_train, y_train)#计算训练集损失
    loss_train.backward()#反向传播
    optimizer.step()#更新参数

1. 计算结果