Física informada redes neuronales y métodos de Fourier para la ecuación generalizada de Korteweg-de Vries
Autores: Ortiz Ortiz, Rubén Darío; Marín Ramírez, Ana Magnolia; Ortiz Marín, Miguel Ángel
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Física informada redes neuronales y métodos de Fourier para la ecuación generalizada de Korteweg-de Vries
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Solucionadores numéricos
Ecuación generalizada de Korteweg-de Vries
Métodos de Crank-Nicolson basados en Fourier
Redes neuronales informadas por la física
Solitones
Métodos espectrales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Realizamos un estudio comparativo exhaustivo de solucionadores numéricos para la ecuación generalizada de Korteweg-de Vries (gKdV), centrándonos en métodos clásicos basados en Fourier Crank-Nicolson y redes neuronales informadas por la física (PINNs). Nuestro trabajo compara estos enfoques en regímenes no lineales, incluido el caso cúbico, y diversas condiciones iniciales como solitones, pulsos suaves, discontinuidades y perfiles ruidosos. Además de los modelos puros de PINN y espectrales, proponemos un nuevo método híbrido PINN-espectral que incorpora un término de regularización basado en soluciones de referencia de Fourier, lo que conduce a una mayor precisión y estabilidad. Los experimentos numéricos muestran que mientras los métodos espectrales logran una eficiencia superior en dominios estructurados, los PINNs proporcionan alternativas flexibles y sin malla para configuraciones basadas en datos e irregulares. El modelo híbrido logra un error relativo más bajo y captura mejor las interacciones de solitones. Nuestros resultados demuestran las fortalezas complementarias de los métodos espectrales y de aprendizaje automático para ecuaciones en derivadas parciales dispersivas no lineales.
Descripción
Realizamos un estudio comparativo exhaustivo de solucionadores numéricos para la ecuación generalizada de Korteweg-de Vries (gKdV), centrándonos en métodos clásicos basados en Fourier Crank-Nicolson y redes neuronales informadas por la física (PINNs). Nuestro trabajo compara estos enfoques en regímenes no lineales, incluido el caso cúbico, y diversas condiciones iniciales como solitones, pulsos suaves, discontinuidades y perfiles ruidosos. Además de los modelos puros de PINN y espectrales, proponemos un nuevo método híbrido PINN-espectral que incorpora un término de regularización basado en soluciones de referencia de Fourier, lo que conduce a una mayor precisión y estabilidad. Los experimentos numéricos muestran que mientras los métodos espectrales logran una eficiencia superior en dominios estructurados, los PINNs proporcionan alternativas flexibles y sin malla para configuraciones basadas en datos e irregulares. El modelo híbrido logra un error relativo más bajo y captura mejor las interacciones de solitones. Nuestros resultados demuestran las fortalezas complementarias de los métodos espectrales y de aprendizaje automático para ecuaciones en derivadas parciales dispersivas no lineales.