Una red neuronal informada por la física basada en la ecuación de Boltzmann con operadores de colisión de múltiples tiempos de relajación
Autores: Liu, Zhixiang; Zhang, Chenkai; Zhu, Wenhao; Huang, Dongmei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Una red neuronal informada por la física basada en la ecuación de Boltzmann con operadores de colisión de múltiples tiempos de relajación
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Análisis matemático
Palabras clave
Aprendizaje profundo
Ecuación de Boltzmann-MRT
Red neuronal
Teoría cinética
Modelado multiscale
Descomposición tensorial
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
La ecuación de Boltzmann con operadores de colisión de tiempo de relajación múltiple (MRT) ha sido ampliamente utilizada en la teoría cinética para describir el comportamiento de gases y líquidos a nivel macroscópico. Dado el exitoso desarrollo del aprendizaje profundo y la disponibilidad de herramientas analíticas de datos, es una idea factible intentar resolver la ecuación de Boltzmann-MRT utilizando un método basado en redes neuronales. Basado en la descomposición poliádica canónica, se propone en este artículo una nueva red neuronal informada por la física que describe la ecuación de Boltzmann-MRT, llamada la red para colisión MRT (NMRT), para resolver la ecuación de Boltzmann-MRT. El método de descomposición tensorial en la ecuación de Boltzmann-MRT se utiliza para combinar la matriz de colisión con las funciones de distribución discretas dentro del espacio de momentos. Se adopta la modelización multiescala para acelerar la convergencia de altas frecuencias para las ecuaciones. El método de descomposición micro-macro se aplica para mejorar la eficiencia del aprendizaje. Se propone una función de pérdida dependiente del problema para equilibrar el peso de la función para diferentes condiciones a diferentes velocidades. Estas estrategias mejoran significativamente la precisión de la red. Se realizan experimentos numéricos, incluido el problema de advección-difusión y el problema de propagación de ondas. Los resultados de la simulación numérica muestran que el método basado en redes puede obtener un nivel de precisión de .
Descripción
La ecuación de Boltzmann con operadores de colisión de tiempo de relajación múltiple (MRT) ha sido ampliamente utilizada en la teoría cinética para describir el comportamiento de gases y líquidos a nivel macroscópico. Dado el exitoso desarrollo del aprendizaje profundo y la disponibilidad de herramientas analíticas de datos, es una idea factible intentar resolver la ecuación de Boltzmann-MRT utilizando un método basado en redes neuronales. Basado en la descomposición poliádica canónica, se propone en este artículo una nueva red neuronal informada por la física que describe la ecuación de Boltzmann-MRT, llamada la red para colisión MRT (NMRT), para resolver la ecuación de Boltzmann-MRT. El método de descomposición tensorial en la ecuación de Boltzmann-MRT se utiliza para combinar la matriz de colisión con las funciones de distribución discretas dentro del espacio de momentos. Se adopta la modelización multiescala para acelerar la convergencia de altas frecuencias para las ecuaciones. El método de descomposición micro-macro se aplica para mejorar la eficiencia del aprendizaje. Se propone una función de pérdida dependiente del problema para equilibrar el peso de la función para diferentes condiciones a diferentes velocidades. Estas estrategias mejoran significativamente la precisión de la red. Se realizan experimentos numéricos, incluido el problema de advección-difusión y el problema de propagación de ondas. Los resultados de la simulación numérica muestran que el método basado en redes puede obtener un nivel de precisión de .