In this paper, a shallow Ritz-type neural network for solving elliptic problems with delta function singular sources on an interface is developed. There are three novel features in the present work; namely, (i) the delta function singularity is naturally removed, (ii) level set function is introduced as a feather input, (iii) it is completely shallow consisting of only one hidden layer. We first introduce the energy functional of the problem and then transform the contribution of singular sources to a regular surface integral along the interface. In such a way the delta function singularity can be naturally removed without the introduction of discrete delta function that is commonly used in traditional regularization methods such as the well-known immersed boundary method. The original problem is then reformulated as a minimization problem. We propose a shallow Ritz-type neural network with one hidden layer to approximate the global minimizer of the energy functional. As a result, the network is trained by minimizing the loss function that is a discrete version of the energy. In addition, we include the level set function of the interface as a feature input and find that it significantly improves the training efficiency and accuracy. We perform a series of numerical tests to demonstrate the accuracy of the present network as well as its capability for problems in irregular domains and in higher dimensions.


翻译:在本文中,开发了一个浅利兹型神经网络,以解决三角洲函数单一源的椭圆形问题。当前工作有三个新特点,即:(一) 三角洲函数独特性被自然去除,(二) 将水平设定功能作为羽毛输入引入,(三) 它完全浅,只包含一个隐藏层。我们首先引入问题的能源功能,然后将单源的贡献转化为介质的正常表面。这样,三角洲函数独特性就可以自然地去除,而不必引入在传统正规化方法中常用的离散三角洲功能,例如众所周知的浸透边界方法。最初的问题随后被重新定位为最小化问题。我们建议建立一个浅利茨型神经网络,其中有一个隐藏层,以近似全球能源功能最小化。因此,我们先将这一问题的能量功能引入,然后将单源的贡献转化为介质的正常表面。此外,我们将界面的定级功能作为特征输入,并发现它显著提高培训效率和准确度,作为网络的高级领域,我们进行一系列数字测试,以展示其当前数字领域的能力。

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