Un método eficiente para resolver ecuaciones diferenciales parciales bidimensionales con la red de operadores profundos
Autores: Zhang, Xiaoyu; Wang, Yichao; Peng, Xiting; Zhang, Chaofeng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un método eficiente para resolver ecuaciones diferenciales parciales bidimensionales con la red de operadores profundos
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Análisis matemático
Palabras clave
Ecuaciones diferenciales parciales
Modelado
Red de operadores profundos
Algoritmos de aprendizaje automático
EDPs bidimensionales
DeepONet.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
Las ecuaciones en derivadas parciales (EDP) suelen aplicarse para modelar fenómenos físicos complejos en el mundo real, y la solución correspondiente es clave para interpretar estos problemas. Generalmente, los métodos tradicionales de resolución sufren de ineficiencia y consumo de tiempo. Al mismo tiempo, el actual aumento en los algoritmos de aprendizaje automático, representados por la Red de Operadores Profundos (DeepONet), podrían compensar estas deficiencias y predecir de manera efectiva las soluciones de las EDP al aprender los operadores a partir de los datos. Los métodos actuales basados en el aprendizaje profundo se centran en resolver EDP unidimensionales, pero la investigación sobre problemas de dimensiones superiores aún está en desarrollo. Por lo tanto, este artículo propone un esquema eficiente para predecir la solución de EDP bidimensionales con un DeepONet mejorado. Para construir los datos necesarios para el entrenamiento, las funciones se muestrean a partir de un espacio de funciones clásico y se producen los datos bidimensionales correspondientes. El método de diferencias se utiliza para obtener las soluciones numéricas de las EDP y formar un conjunto de datos de valores de puntos. Para entrenar la red, la matriz que representa funciones bidimensionales se procesa para formar vectores y adaptar perfectamente el modelo de DeepONet. Además, demostramos teóricamente que la división discreta de puntos de los datos garantiza que la pérdida del modelo esté en un rango pequeño. Este método se verifica para predecir las soluciones de la ecuación de Poisson bidimensional y la ecuación de conducción de calor a través de experimentos. En comparación con otros métodos, el esquema propuesto es simple y efectivo.
Descripción
Las ecuaciones en derivadas parciales (EDP) suelen aplicarse para modelar fenómenos físicos complejos en el mundo real, y la solución correspondiente es clave para interpretar estos problemas. Generalmente, los métodos tradicionales de resolución sufren de ineficiencia y consumo de tiempo. Al mismo tiempo, el actual aumento en los algoritmos de aprendizaje automático, representados por la Red de Operadores Profundos (DeepONet), podrían compensar estas deficiencias y predecir de manera efectiva las soluciones de las EDP al aprender los operadores a partir de los datos. Los métodos actuales basados en el aprendizaje profundo se centran en resolver EDP unidimensionales, pero la investigación sobre problemas de dimensiones superiores aún está en desarrollo. Por lo tanto, este artículo propone un esquema eficiente para predecir la solución de EDP bidimensionales con un DeepONet mejorado. Para construir los datos necesarios para el entrenamiento, las funciones se muestrean a partir de un espacio de funciones clásico y se producen los datos bidimensionales correspondientes. El método de diferencias se utiliza para obtener las soluciones numéricas de las EDP y formar un conjunto de datos de valores de puntos. Para entrenar la red, la matriz que representa funciones bidimensionales se procesa para formar vectores y adaptar perfectamente el modelo de DeepONet. Además, demostramos teóricamente que la división discreta de puntos de los datos garantiza que la pérdida del modelo esté en un rango pequeño. Este método se verifica para predecir las soluciones de la ecuación de Poisson bidimensional y la ecuación de conducción de calor a través de experimentos. En comparación con otros métodos, el esquema propuesto es simple y efectivo.