Singularly perturbed boundary value problems pose a significant challenge for their numerical approximations because of the presence of sharp boundary layers. These sharp boundary layers are responsible for the stiffness of solutions, which leads to large computational errors, if not properly handled. It is well-known that the classical numerical methods as well as the Physics-Informed Neural Networks (PINNs) require some special treatments near the boundary, e.g., using extensive mesh refinements or finer collocation points, in order to obtain an accurate approximate solution especially inside of the stiff boundary layer. In this article, we modify the PINNs and construct our new semi-analytic SL-PINNs suitable for singularly perturbed boundary value problems. Performing the boundary layer analysis, we first find the corrector functions describing the singular behavior of the stiff solutions inside boundary layers. Then we obtain the SL-PINN approximations of the singularly perturbed problems by embedding the explicit correctors in the structure of PINNs or by training the correctors together with the PINN approximations. Our numerical experiments confirm that our new SL-PINN methods produce stable and accurate approximations for stiff solutions.


翻译:奇异摄动边值问题因其边界层剧烈变化而对数值逼近构成重大挑战。这些剧烈的边界层导致解具有刚硬性,若处理不当将引发较大计算误差。众所周知,经典数值方法及物理信息神经网络(PINNs)均需在边界附近采取特殊处理(例如采用密集网格细化或更密集的配点),才能获得精确的近似解,尤其在刚硬边界层内部。本文改进了PINNs方法,构建了适用于奇异摄动边值问题的新型半解析SL-PINNs方法。通过进行边界层分析,我们首先找到描述边界层内刚硬解奇异行为的校正函数。随后通过将显式校正函数嵌入PINNs结构,或将校正函数与PINNs近似联合训练,获得奇异摄动问题的SL-PINN近似解。数值实验证实,我们提出的新型SL-PINN方法能够为刚硬解提供稳定且精确的近似。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年3月16日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月26日
VIP会员
最新内容
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
1+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
0+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
1+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
0+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
0+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
0+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
8+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员