Coupled partial differential equations (PDEs) are key tasks in modeling the complex dynamics of many physical processes. Recently, neural operators have shown the ability to solve PDEs by learning the integral kernel directly in Fourier/Wavelet space, so the difficulty for solving the coupled PDEs depends on dealing with the coupled mappings between the functions. Towards this end, we propose a \textit{coupled multiwavelets neural operator} (CMWNO) learning scheme by decoupling the coupled integral kernels during the multiwavelet decomposition and reconstruction procedures in the Wavelet space. The proposed model achieves significantly higher accuracy compared to previous learning-based solvers in solving the coupled PDEs including Gray-Scott (GS) equations and the non-local mean field game (MFG) problem. According to our experimental results, the proposed model exhibits a $2\times \sim 4\times$ improvement relative $L$2 error compared to the best results from the state-of-the-art models.


翻译:耦合偏微分方程是建模许多物理过程复杂动态的关键任务。最近,神经算子已经展示出通过直接在傅里叶/小波空间学习积分核来解决偏微分方程的能力,因此解决耦合偏微分方程的困难在于处理函数之间的耦合映射。为了达到这个目的,我们提出了一个耦合多小波神经算子(CMWNO)学习方案,通过在小波空间的多小波分解和重构过程中解耦合积分核。所提出的模型相对于先前的基于学习的求解器在解决包括Gray-Scott(GS)方程和非局部平均场博弈(MFG)问题的耦合偏微分方程时,实现了显著更高的精度。根据我们的实验结果,所提出的模型相对于现有最先进模型的最优结果具有2倍到4倍的$L_2$误差改进。

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