如何使用神经网络解决 PDE?

用户1340852

我试图为这个问题寻找一个简单的答案,但所有的解释都是针对能理解数值方法和偏微分方程的人。我有计算机科学背景,所有论文都像是行话。我已经了解并使用机器学习算法解决与图像或正常表格数据(具有输入特征和目标类)相关的分类和回归问题。我也使用过神经网络,但只是作为一个黑匣子,用于在给定一些输入的情况下产生所需的输出,并调整参数以获得最佳精度。

我不明白,给定一个PDE解决,什么是输入这个神经网络时,网络与一些例子培训?在机器学习的语言中,示例是什么,输入特征是什么?参数是什么?

任何帮助理解这一点将不胜感激。

弗兰克·普弗

这当然取决于 PDE 的类型。许多 PDE 描述了空间分布式系统随时间的演变。这种系统的状态由值v ( x , t )定义,该值取决于空间变量x,该变量通常是向量和时间t值本身也可以是向量。

学习样本可以由初始条件的离散值v _i_0( x _i,0)稍后的v _i_j( x _i,t_j) 组成初始值作为输入呈现给网络。然后将(循环)网络在稍后时间t_j的输出与样本值进行比较以计算误差。

由于 PDE 通常在空间上是均匀的,因此在这里使用循环卷积网络是有意义的。这与图像处理中经常使用的类型相同。

卷积核的大小取决于 PDE 中空间导数的程度:

对于值v 的每个组件,网络需要至少有一层可能需要额外的隐藏层,尤其是当 PDE 具有更高的时间导数时。

这是对复杂问题的一个非常简短的回答,但我希望它为您指明正确的方向。我也知道我使用了一些 PDE 行话,但我试图将其减少到绝对最小值。

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