We obtain wavenumber-robust error bounds for the deep neural network (DNN) emulation of the solution to the time-harmonic, sound-soft acoustic scattering problem in the exterior of a smooth, convex obstacle in two physical dimensions. The error bounds are based on a boundary reduction of the scattering problem in the unbounded exterior region to its smooth, curved boundary $\Gamma$ using the so-called combined field integral equation (CFIE), a well-posed, second-kind boundary integral equation (BIE) for the field's Neumann datum on $\Gamma$. In this setting, the continuity and stability constants of this formulation are explicit in terms of the (non-dimensional) wavenumber $\kappa$. Using wavenumber-explicit asymptotics of the problem's Neumann datum, we analyze the DNN approximation rate for this problem. We use fully connected NNs of the feed-forward type with Rectified Linear Unit (ReLU) activation. Through a constructive argument we prove the existence of DNNs with an $\epsilon$-error bound in the $L^\infty(\Gamma)$-norm having a small, fixed width and a depth that increases $\textit{spectrally}$ with the target accuracy $\epsilon>0$. We show that for fixed $\epsilon>0$, the depth of these NNs should increase $\textit{poly-logarithmically}$ with respect to the wavenumber $\kappa$ whereas the width of the NN remains fixed. Unlike current computational approaches, such as wavenumber-adapted versions of the Galerkin Boundary Element Method (BEM) with shape- and wavenumber-tailored solution $\textit{ansatz}$ spaces, our DNN approximations do not require any prior analytic information about the scatterer's shape.


翻译:本文针对二维物理空间中光滑凸障碍物外部的时谐软声散射问题,获得了深度神经网络(DNN)仿真的波数鲁棒误差界。该误差界基于利用所谓的组合场积分方程(CFIE)将无界外部区域中的散射问题约化至其光滑弯曲边界$\Gamma$,CFIE是用于$\Gamma$上场诺伊曼数据的适定性第二类边界积分方程(BIE)。在此框架下,该公式的连续性和稳定性常数显式依赖于(无量纲)波数$\kappa$。利用问题诺伊曼数据的波数显式渐近性质,我们分析了该问题的DNN逼近速率。我们采用前馈型全连接神经网络,并使用修正线性单元(ReLU)激活函数。通过构造性论证,我们证明了存在具有$\epsilon$误差界的DNN(在$L^\infty(\Gamma)$范数下),其宽度较小且固定,深度随目标精度$\epsilon>0$呈谱增长。研究表明:对于固定$\epsilon>0$,这些神经网络的深度应随波数$\kappa$呈多对数增长,而宽度保持固定。与现有计算方法(如采用形状和波数定制解假设空间的波数自适应Galerkin边界元法(BEM))不同,本文的DNN逼近无需任何关于散射体形状的先验解析信息。

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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
2+阅读 · 2015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
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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
“Maven计划”的发展演变之“Maven智能系统”应用
《无人机革命:来自俄乌战场的启示》(报告)
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:48
《实现联合作战能力所需的技术》58页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:30
以色列运用人工智能优化空袭警报系统
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:20
以色列在多条战线部署AI智能体
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:12
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
18+阅读 · 4月25日
多智能体协作机制
专知会员服务
15+阅读 · 4月25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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
2+阅读 · 2015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
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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员