Recent research works for solving partial differential equations (PDEs) with deep neural networks (DNNs) have demonstrated that spatiotemporal function approximators defined by auto-differentiation are effective for approximating nonlinear problems, e.g. the Burger's equation, heat conduction equations, Allen-Cahn and other reaction-diffusion equations, and Navier-Stokes equation. Meanwhile, researchers apply automatic differentiation in physics-informed neural network (PINN) to solve nonlinear hyperbolic systems based on conservation laws with highly discontinuous transition, such as Riemann problem, by inverse problem formulation in data-driven approach. However, it remains a challenge for forward methods using DNNs without knowing part of the solution to resolve discontinuities in nonlinear conservation laws. In this study, we incorporate 1st order numerical schemes into DNNs to set up the loss functional approximator instead of auto-differentiation from traditional deep learning framework, e.g. TensorFlow package, which improves the effectiveness of capturing discontinuities in Riemann problems. In particular, the 2-Coarse-Grid neural network (2CGNN) and 2-Diffusion-Coefficient neural network (2DCNN) are introduced in this work. We use 2 solutions of a conservation law from a converging sequence, computed from a low-cost numerical scheme, and in a domain of dependence of a space-time grid point as the input for a neural network to predict its high-fidelity solution at the grid point. Despite smeared input solutions, they output sharp approximations to solutions containing shocks and contacts and are efficient to use once trained.


翻译:与深神经网络(DNNs)一起解决部分差异方程式(PDEs)的近期研究显示,由自动差异定义的波形功能近似功能对于接近非线性问题(如汉堡方程式、热传导方程式、Allen-Cahn 和其他反应扩散方程式)和Navier-Stokes方程式等)有效。与此同时,研究人员将物理知情神经网络(PINN)的自动区分用于基于高度不连续过渡的保全法的非线性双向系统(如Riemann问题),通过数据驱动法的反向问题配置。然而,对于使用DNNNPs的非线性问题(如汉堡方程式的等方程式)、热传导方程式(Allen-Cahn) 和其他反射方程式的一阶数字计划,以便从传统的深度学习框架(例如TensorFlow软件) 的自动辨别超线性超双向系统(例如Riemann 问题),它改进了在里卡内端网络(2NF) 的内径网络的内端解决方案(2NCL) 的内的内的内径解决方案(Sild-C) 。

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