非线性科学 > 精确可解与可积系统
[提交于 2024年1月10日
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标题: Lax 对的神经网络求解可积系统
标题: Lax pairs informed neural networks solving integrable systems
摘要: Lax对是可积系统最重要的特征之一。 在本工作中,我们提出了针对具有Lax对的可积系统的Lax对信息神经网络(LPNNs),通过设计新颖的网络架构和损失函数,包括LPNN-v1和LPNN-v2。 LPNN-v1最显著的优势在于它可以将非线性可积系统的求解转化为Lax对谱问题的求解,并且不仅能高效求解数据驱动的局域波解,还能获得可积系统Lax对谱问题中的谱参数和相应的谱函数。 在LPNN-v1的基础上,我们还在LPNN-v2中额外引入了Lax对的相容性条件/零曲率方程,其主要优势是能够求解和探索具有Lax对的可积系统的高精度数据驱动局域波解及其相关的谱问题。 数值实验集中研究了具有Lax对谱问题的非常重要且具有代表性的可积系统的丰富局域波解,包括Korteweg-de Vries(KdV)方程和修正KdV方程的孤子解、非线性Schrödinger方程的 rogue 波解、sine-Gordon方程的扭结解、Camassa-Holm方程的非光滑尖峰解、短脉冲方程的脉冲解,以及Kadomtsev-Petviashvili方程的线孤子解和高维KdV方程的lump解。 本工作的创新之处在于首次将可积系统的Lax对信息整合到深度神经网络中,从而为研究数据驱动的局域波解和Lax对谱问题提供了一种新的方法和途径。
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