物理与工程

2026, v.46;No.234(04) 375-383

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PINN在求解多能级复杂边界的量子力学问题中的应用
APPLICATION OF PHYSICS-INFORMED NEURAL NETWORKS(PINNS) IN SOLVING QUANTUM MECHANICS PROBLEMS WITH MULTI-LEVEL COMPLEX BOUNDARIES

王一然,卜涛,陈韵雅,吴子傲,张朋,蒋臣威,方爱平

摘要(Abstract):

本文研究了利用物理信息神经网络(Physics-informed Neural Network,简称PINN)求解偏微分方程中的本征值问题,并以二维定态薛定谔方程本征值问题为例进行了深入探讨。针对传统数值方法在复杂边界与高维问题求解中的局限性,本文提出了一种将本征能量E作为可训练参数,并结合Adam与L-BFGS混合优化策略的PINN求解框架。为了同时求解基态与多个激发态,在损失函数中引入了归一化约束和波函数间的正交性约束。研究选取了圆形、方形、五角星形及体育场形等不同几何边界进行测试。结果表明:PINN方法在规则及对称边界下,其低能级计算精度优于有限差分法;通过独立参数化与正交约束,能够有效识别因对称性导致的能级简并现象;在处理不规则边界时,其无网格特性避免了复杂网格生成的困难,展现了良好的适应性与潜力。凭借其无网格特性、对几何对称性的内禀保持能力以及求解高维问题的潜力,PINN为复杂边界下的本征值问题求解提供了一种有效且具有应用前景的新方法。

关键词(KeyWords): 物理信息神经网络;本征值问题;偏微分方程;数值求解方法

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 2025年度教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会大中物理教育衔接工作委员会教学研究课题(WX202501);; 教育部高等学校物理学类专业教学指导委员会高等学校热学课程教学研究会项目(JZW-25-RX-02);; 西安交通大学本科教学改革研究项目(拔尖专项,24BJ01Z);; 西安交通大学2026年课程思政专项研究项目

作者(Author): 王一然,卜涛,陈韵雅,吴子傲,张朋,蒋臣威,方爱平

DOI: 10.27024/j.wlygc.2026.03.17.02

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