This paper introduces a novel two-stream deep model based on graph convolutional network (GCN) architecture and feed-forward neural networks (FFNN) for learning the solution of nonlinear partial differential equations (PDEs). The model aims at incorporating both graph and grid input representations using two streams corresponding to GCN and FFNN models, respectively. Each stream layer receives and processes its own input representation. As opposed to FFNN which receives a grid-like structure, the GCN stream layer operates on graph input data where the neighborhood information is incorporated through the adjacency matrix of the graph. In this way, the proposed GCN-FFNN model learns from two types of input representations, i.e. grid and graph data, obtained via the discretization of the PDE domain. The GCN-FFNN model is trained in two phases. In the first phase, the model parameters of each stream are trained separately. Both streams employ the same error function to adjust their parameters by enforcing the models to satisfy the given PDE as well as its initial and boundary conditions on grid or graph collocation (training) data. In the second phase, the learned parameters of two-stream layers are frozen and their learned representation solutions are fed to fully connected layers whose parameters are learned using the previously used error function. The learned GCN-FFNN model is tested on test data located both inside and outside the PDE domain. The obtained numerical results demonstrate the applicability and efficiency of the proposed GCN-FFNN model over individual GCN and FFNN models on 1D-Burgers, 1D-Schr\"odinger, 2D-Burgers and 2D-Schr\"odinger equations.


翻译:本文介绍一个新的二流深层模型,该模型以图形相容网络(GCN)架构和进化前神经网络(FFNNN)为基础,用于学习非线性部分方程式(PDEs)的解决方案。该模型旨在分别使用与GCN和FFNNN模型相对应的两个流来纳入图形和网格输入演示。每个流层接收和处理自己的输入演示。与接受类似网格结构的FFNNN不同的是,GCN流层运行于图形输入数据,通过图形的相近矩阵将周边信息纳入其中。这样,拟议的GCN-FFNNNNNM模型从两种类型的输入表达形式中学习,即通过PDE域的离散化获得的网格和图形数据。GCNNFND模型在第二个阶段中学习了GCNNFS的系统内一级和内域域图解数据,在所学习的GFF的GFF标准数层中,在所学习的GFF标准中,在第二个阶段中学习的GFF标准级中,在所学的GFF标准级数级中,在所学的GFF标准数级中,在第二个轨道中,在GFF标准中学习的数值中,在GFF标准中,在GIFF标准级数级数级数级数级中,在数据库中,在数据库中,在数据库中学习到的数据级数级。

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