In this paper, we propose two efficient approximation methods to solve high-dimensional fully nonlinear partial differential equations (PDEs) and second-order backward stochastic differential equations (2BSDEs), where such high-dimensional fully nonlinear PDEs are extremely difficult to solve because the computational cost of standard approximation methods grows exponentially with the number of dimensions. Therefore, we consider the following methods to overcome this difficulty. For the merged fully nonlinear PDEs and 2BSDEs system, combined with the time forward discretization and ReLU function, we use multi-scale deep learning fusion and convolutional neural network (CNN) techniques to obtain two numerical approximation schemes, respectively. In numerical experiments, involving Allen-Cahn equations, Black-Scholes-Barentblatt equations, and Hamiltonian-Jacobi-Bellman equations, the first proposed method exhibits higher efficiency and accuracy than the existing method; the second proposed method can extend the dimensionality of the completely non-linear PDEs-2BSDEs system over $400$ dimensions, from which the numerical results illustrate the effectiveness of proposed methods.


翻译:在本文中,我们提出了两种高效近似方法,以解决高维完全非线性局部方程式(PDEs)和二级后后向神经网(NCNN)等反向后向相向方程式(2BSDEs),因为高维全非线性PDEs极难解决,因为标准近似方程式的计算成本随着维度的数量增加而成倍增长。因此,我们考虑以下方法来克服这一困难。对于完全非线性PDEs和2BSDEs的合并系统,加上时间的远端分解和RELU功能,我们分别使用多级深层学习聚合和神经网(CNN)技术来获得两个数字近似法。在涉及Allen-Cahn方程式、黑-Scholes-Barentblatt方程式和汉密尔顿-Jacobi-Bellman方程式的数字实验中,第一个拟议方法的效率和准确度都高于现有方法;第二个拟议方法可以将完全非线性PDEs-2BSDEs系统的维度扩大到400多维度以上,其数字结果说明拟议方法的有效性。

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