In this work, we develop an efficient solver based on deep neural networks for the Poisson equation with variable coefficients and singular sources expressed by the Dirac delta function $\delta(\mathbf{x})$. This class of problems covers general point sources, line sources and point-line combinations, and has a broad range of practical applications. The proposed approach is based on decomposing the true solution into a singular part that is known analytically using the fundamental solution of the Laplace equation and a regular part that satisfies a suitable elliptic PDE with smoother sources, and then solving for the regular part using the deep Ritz method. A path-following strategy is suggested to select the penalty parameter for penalizing the Dirichlet boundary condition. Extensive numerical experiments in two- and multi-dimensional spaces with point sources, line sources or their combinations are presented to illustrate the efficiency of the proposed approach, and a comparative study with several existing approaches is also given, which shows clearly its competitiveness for the specific class of problems. In addition, we briefly discuss the error analysis of the approach.


翻译:在这项工作中,我们开发了一个高效的求解器,其依据是Poisson 等式的深神经网络,以可变系数和由Dirac delta 函数表示的单一来源 $\delta(\mathbf{x}) 表示的单一系数和单一来源。这一类问题包括一般点源、线源和点线组合,并具有广泛的实际应用。提议的方法基于将真正的解决方案分解成一个单部分,该部分在分析上以Laplace 等式的基本解决方案为著称,经常部分用更顺畅的源满足适当的椭圆式 PDE,然后用深Ritz 方法解决常规部分的问题。建议采用一个遵循路径的战略来选择惩罚Drichlet 边界条件的处罚参数。提出了带有点源、线源或其组合的二维和多维空间的广泛数字实验,以说明拟议方法的效率,还进行了一项与若干现有方法的比较研究,这清楚地表明其对于特定类别的问题的竞争力。此外,我们简要地讨论了该方法的错误分析。

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