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Un enfoque novedoso basado en redes neuronales comparable a métodos de diferencias finitas de alta precisión

Autores: Pei, Fanghua; Cao, Fujun; Ge, Yongbin

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Un enfoque novedoso basado en redes neuronales comparable a métodos de diferencias finitas de alta precisión


Categoría

Matemáticas

Subcategoría

Análisis matemático

Palabras clave

Aprendizaje profundo
Redes neuronales
Ecuaciones diferenciales parciales
Funciones de base
Método de mínimos cuadrados
Experimentos numéricos

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 29

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Los métodos de aprendizaje profundo que utilizan redes neuronales para resolver ecuaciones diferenciales parciales (EDP) han surgido como un nuevo paradigma. Sin embargo, muchos de estos métodos aproximan soluciones optimizando funciones de pérdida, a menudo encontrando problemas de convergencia y limitaciones de precisión. En este documento, proponemos un enfoque novedoso de aprendizaje profundo que aprovecha el poder expresivo de las redes neuronales para generar funciones base. Estas funciones base se utilizan luego para crear soluciones de prueba, que se optimizan utilizando el método de mínimos cuadrados para resolver los coeficientes en un sistema de ecuaciones lineales. Este método integra las fortalezas de los PINNs de transmisión y el método tradicional de mínimos cuadrados, ofreciendo tanto flexibilidad como alta precisión. Realizamos experimentos numéricos para comparar nuestro método con los resultados de esquemas de diferencias finitas de alto orden y varios métodos de redes neuronales comúnmente utilizados (PINNs, lbPINNs, ELMs y PIELMs). Gracias a la característica sin malla de la red neuronal, es particularmente efectivo para geometrías complejas. Los resultados numéricos demuestran que nuestro método mejora significativamente la precisión del aprendizaje profundo en la resolución de EDP, logrando niveles de error comparables a los métodos de diferencias finitas de alta precisión.

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