数学 > 数值分析
[提交于 2023年8月6日
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标题: 一种在求解薛定谔方程反问题中的智能神经网络
标题: A clever neural network in solving inverse problems of Schrödinger equation
摘要: 在本工作中,我们解决了可以表述为特殊卷积神经网络学习过程的非线性薛定谔方程的反问题。 而不是尝试近似反问题中的函数,我们在网络中嵌入一个库作为低维流形,使得未知量可以减少为一些标量。 非线性薛定谔方程(NLSE)是$i\frac{\partial \psi}{\partial t}-\beta\frac{\partial^2 \psi}{\partial x^2}+\gamma|\psi|^2\psi+V(x)\psi=0,$,其中波函数$\psi(x,t)$是正问题的解,势能$V(x)$是反问题的关注量。 本工作的主要贡献来自两个方面。 首先,我们直接从薛定谔方程构建了一个特殊的神经网络,这是受到分裂方法的启发。 该构造背后的物理原理增强了神经网络的可解释性。 另一部分是使用库搜索算法将反问题的解空间投影到低维空间。 在简化近似空间中寻找解的方法可以追溯到压缩感知理论。 这一部分的动机是为了减轻估计函数时的训练负担。 相反,通过选择合适的库,可以大大简化训练过程。 给出了一项简要分析,重点在于某些提到的反问题的适定性和神经网络近似的收敛性。 为了展示所提出方法的有效性,我们在一些代表性问题中进行了探索,包括简单的方程和一对方程。 结果可以很好地验证理论部分。 在未来,我们可以进一步探索流形学习以增强库搜索算法的近似效果。
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