This paper proposes two efficient approximation methods to solve high-dimensional fully nonlinear partial differential equations (NPDEs) and second-order backward stochastic differential equations (2BSDEs), where such high-dimensional fully NPDEs 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 NPDEs 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. Finally, three practical high-dimensional test problems involving Allen-Cahn, Black-Scholes-Barentblatt, and Hamiltonian-Jacobi-Bellman equations are given so that the first proposed method exhibits higher efficiency and accuracy than the existing method, while the second proposed method can extend the dimensionality of the completely NPDEs-2BSDEs system over $400$ dimensions, from which the numerical results highlight the effectiveness of proposed methods.


翻译:本文提出了两种高效近似方法,以解决高维全非线性局部方程式(NPDEs)和二阶后向后随机偏差方程式(2BSDEs),在这些方程式中,由于标准近差法的计算成本随着尺寸的大小而成倍增长,这种高维全全方位方程式(NPDEs)非常难以解决。因此,我们考虑以下方法来克服这一困难。对于完全合并的完全NPDEs和2BSDEs系统,加上时间远端分解和ReLU功能,我们分别使用多尺度深层学习聚合和神经神经网络(CNN)技术来获得两个数字近似方案。最后,三个实际的高维测试问题涉及Allen-Cahn、Black-Scholes-Barentblatt和Hamilton-Jacobi-Bellman等方程式,因此,第一个拟议方法的效率和准确度高于现有方法,而第二个拟议方法可以扩大完全NPDEs-2BSDEs系统的维度超过400美元维度,其数字结果突出了拟议方法的有效性。

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