In this paper, we propose the deep finite volume method (DFVM), a novel deep learning method for solving %high-order (order $\geq 2$) partial differential equations (PDEs). The key idea is to design a new loss function based on the local conservation property over the so-called {\it control volumes}, derived from the original PDE. Since the DFVM is designed according to a {\it weak instead of strong} form of the PDE, it may achieve better accuracy than the strong-form-based deep learning method such as the well-known PINN, when the to-be-solved PDE has an insufficiently smooth solution. Moreover, since the calculation of second-order derivatives of neural networks has been transformed to that of first-order derivatives which can be implemented directly by the Automatic Differentiation mechanism(AD), the DFVM usually has a computational cost much lower than that of the methods which need to compute second-order derivatives by the AD. Our numerical experiments show that compared to some deep learning methods in the literature such as the PINN, DRM, and WAN, the DFVM obtains the same or higher accurate approximate solutions by consuming significantly lower computational cost. Moreover, for some PDE with a nonsmooth solution, the relative error of approximate solutions by DFVM is two orders of magnitude less than that by the PINN.


翻译:本文提出深度有限体积法(DFVM),这是一种用于求解高阶(阶数≥2)偏微分方程的新型深度学习方法。其核心思想是基于原始偏微分方程在所谓“控制体积”上的局部守恒性质,设计一种新的损失函数。由于DFVM基于偏微分方程的弱形式而非强形式进行设计,当待求解方程的解不够光滑时,其精度可能优于基于强形式的深度学习方法(如著名的PINN)。此外,由于神经网络二阶导数的计算被转化为一阶导数的计算,而一阶导数可通过自动微分机制直接实现,DFVM的计算成本通常远低于需要通过自动微分计算二阶导数的相关方法。数值实验表明,与现有文献中的PINN、DRM和WAN等深度学习方法相比,DFVM能以显著更低的计算代价获得相同或更高精度的近似解。对于某些非光滑解的偏微分方程,DFVM近似解的相对误差比PINN低两个数量级。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12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
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年2月23日
Arxiv
11+阅读 · 2018年7月8日
Arxiv
11+阅读 · 2018年1月18日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31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
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员