数学 > 数值分析
[提交于 2024年12月1日
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标题: 基于自适应基的深度神经网络用于求解具有局部特征的偏微分方程
标题: Adaptive Basis-inspired Deep Neural Network for Solving Partial Differential Equations with Localized Features
摘要: 本文提出了一种基于自适应基函数的深度神经网络(ABI-DNN),用于求解具有局部现象(如陡峭梯度和奇异性)的偏微分方程。 类似于自适应有限元方法, ABI-DNN 包含一个“求解、估计、标记、增强”的迭代过程,可以自动识别困难区域并添加新的神经元以增强其能力。 一个关键挑战是,在对它们在逼近中的作用理解有限的情况下,迫使新神经元集中在已识别的区域。 为了解决这个问题,我们受到有限元基函数的启发,构建了新颖的基函数启发块(BI-block),以帮助理解每个块的贡献。 在 BI-block 和著名的柯尔莫哥洛夫叠加定理的帮助下,我们首先开发了一种名为基函数启发深度神经网络(BI-DNN)的新固定网络架构,然后将其集成到上述自适应框架中,提出了 ABI-DNN。 大量的数值实验表明,BI-DNN 和 ABI-DNN 都能有效捕捉目标函数中的挑战性奇异性。 与 PINN 相比,BI-DNN 在可训练参数数量相似的情况下,获得了显著更低的相对误差。 当设置指定的容差时,ABI-DNN 可以自适应地学习一个适当的架构,其误差与具有相同结构的 BI-DNN 的误差相当。
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