In this work we investigate the numerical identification of the diffusion coefficient in elliptic and parabolic problems using neural networks. The numerical scheme is based on the standard output least-squares formulation where the Galerkin finite element method (FEM) is employed to approximate the state and neural networks (NNs) act as a smoothness prior to approximate the unknown diffusion coefficient. A projection operation is applied to the NN approximation in order to preserve the physical box constraint on the unknown coefficient. The hybrid approach enjoys both rigorous mathematical foundation of the FEM and inductive bias / approximation properties of NNs. We derive \textsl{a priori} error estimates in the standard $L^2(\Omega)$ norm for the numerical reconstruction, under a positivity condition which can be verified for a large class of problem data. The error bounds depend explicitly on the noise level, regularization parameter and discretization parameters (e.g., spatial mesh size, time step size, and depth, upper bound and number of nonzero parameters of NNs). We also provide extensive numerical experiments, indicating that the hybrid method is very robust for large noise when compared with the pure FEM approximation.


翻译:本文研究利用神经网络数值识别椭圆与抛物问题中的扩散系数。该数值方案基于标准输出最小二乘公式,其中采用Galerkin有限元法(FEM)逼近状态,而神经网络(NNs)作为光滑性先验逼近未知扩散系数。为保持未知系数的物理箱型约束,对神经网络近似施加投影操作。该混合方法兼具FEM的严格数学基础与NNs的归纳偏置/逼近特性。我们在一个可对广泛问题数据类验证的正性条件下,推导出数值重构在标准$L^2(\Omega)$范数下的\textsl{先验}误差估计。误差界显式依赖于噪声水平、正则化参数及离散化参数(如空间网格尺寸、时间步长、深度、上界及神经网络非零参数数量)。我们还提供了大量数值实验,表明与纯FEM逼近相比,该混合方法对强噪声具有极强鲁棒性。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
124+阅读 · 2020年9月8日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年9月7日
开源书:PyTorch深度学习起步
专知会员服务
51+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
LibRec 精选:推荐系统的论文与源码
LibRec智能推荐
14+阅读 · 2018年11月29日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
11+阅读 · 2022年9月1日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
最新内容
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
8+阅读 · 6月14日
《无人水面艇文献综述与结构设计》135页
专知会员服务
12+阅读 · 6月13日
乌克兰战场背后的新武器
专知会员服务
8+阅读 · 6月12日
基于博弈论的陆军人机协同(长文报告)
专知会员服务
13+阅读 · 6月12日
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员