用途:该子技能聚焦用 JAX 求解偏微分方程(PDE)与可微物理。适用场景包括在 GPU 上求解 Navier-Stokes、波动或热传导方程,实现物理信息神经网络(PINNs),进行反演设计(从观测反推材料属性)、构建机器人或气候建模的可微仿真,以及物理系统的灵敏度分析。
主要能力:JAX 可对数值求解器求导,因此用 jax.numpy 编写的 Euler 或 Runge-Kutta 积分器可自动计算 ∂Result/∂InitialCondition、∂Result/∂Viscosity;vmap 可跨不同边界条件或参数集并行化求解器;逆模式自动微分在大系统上等效实现传统 CFD/地球物理中的伴随状态法。指南给出两类实现模式:PINNs(用 grad 对模型求 u_t、u_x、u_xx 并构造 PDE 残差损失)与可微有限差分求解器(用 jnp.roll 做 Laplacian,再对积分结果求梯度)。
必要用法与要点:时间循环建议用 jax.lax.scan,避免普通 Python for 循环产生庞大 XLA 图;网格应归一化到 [0,1] 或 [-1,1] 加快 PINNs 收敛;有传感器数据时可结合物理定律「补全」;敏感数值求解器可用 jax.config.update("jax_enable_x64", True) 开启双精度。反演问题流程为:给定参数猜测运行仿真、与实验数据比较、用梯度下降求最优物理参数。
限制与注意:PINNs 不适合所有问题,纯前向问题用传统 FDM/FEM 求解器更快,PINNs 更擅长逆问题;PINNs 中边界条件必须计入损失(Loss = PDE_loss + BC_loss);实现 FDM 时需处理边界或「ghost cells」以避免伪影。具体安装命令、版本与收费信息资料暂未提供。