We studied the least-squares ReLU neural network (LSNN) method for solving linear advection-reaction equation with discontinuous solution in [Cai, Zhiqiang, Jingshuang Chen, and Min Liu. ``Least-squares ReLU neural network (LSNN) method for linear advection-reaction equation.'' Journal of Computational Physics 443 (2021), 110514]. The method is based on a least-squares formulation and uses a new class of approximating functions: ReLU neural network (NN) functions. A critical and additional component of the LSNN method, differing from other NN-based methods, is the introduction of a properly designed and physics preserved discrete differential operator. In this paper, we study the LSNN method for problems with discontinuity interfaces. First, we show that ReLU NN functions with depth $\lceil \log_2(d+1)\rceil+1$ can approximate any $d$-dimensional step function on a discontinuity interface generated by a vector field as streamlines with any prescribed accuracy. By decomposing the solution into continuous and discontinuous parts, we prove theoretically that discretization error of the LSNN method using ReLU NN functions with depth $\lceil \log_2(d+1)\rceil+1$ is mainly determined by the continuous part of the solution provided that the solution jump is constant. Numerical results for both two- and three-dimensional test problems with various discontinuity interfaces show that the LSNN method with enough layers is accurate and does not exhibit the common Gibbs phenomena along discontinuity interfaces.


翻译:本文研究了利用最小二乘ReLU神经网络(LSNN)方法求解具有间断解的线性对流-反应方程,相关工作可参见[Cai, Zhiqiang, Jingshuang Chen, and Min Liu. “Least-squares ReLU neural network (LSNN) method for linear advection-reaction equation.” Journal of Computational Physics 443 (2021), 110514]。该方法基于最小二乘形式,并采用一类新型逼近函数:ReLU神经网络(NN)函数。与其他基于神经网络的方法不同,LSNN方法的关键附加组成部分是引入了一个经过恰当设计且保持物理特性的离散微分算子。本文针对具有间断界面的问题研究了LSNN方法。首先,我们证明深度为$\lceil \log_2(d+1)\rceil+1$的ReLU神经网络函数能够以任意指定精度逼近由向量场形成的流线所生成的$d$维间断界面上的任意阶梯函数。通过将解分解为连续部分和间断部分,我们从理论上证明:在解的跳跃值为常数的条件下,使用深度为$\lceil \log_2(d+1)\rceil+1$的ReLU神经网络函数的LSNN方法的离散误差主要由解的连续部分决定。针对二维和三维测试问题中各类间断界面的数值结果表明,具有足够层数的LSNN方法精度良好,且沿间断界面未出现常见的吉布斯现象。

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
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
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
3+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月15日
Arxiv
13+阅读 · 2021年10月9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
6+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
4+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
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
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
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
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员