求解微分方程的人工智能与深度学习方法:现状及展望

【摘 要】随着基础理论和硬件计算能力的飞速发展,深度学习技术在众多领域取得了令人瞩目的成绩。作为描述客观物理世界的重要工具,长期以来微分方程是各领域研究人员关心的重点。近年来,深度学习和微分方程的结合逐渐成了研究的热点。由于深度学习能够从大量数据中高效地提取特征,微分方程能够反应客观的物理规律,因此二者的结合可以有效地提升深度学习的泛化性,同时增强深度学习的可解释性。首先,介绍了深度学习求解微分方程的基本问题。其次,介绍了两类深度学习求解微分方程的方法:数据驱动和物理知情方法。然后,讨论了微分方程深度学习求解方法在实际中的应用。与此同时,在充分调研的基础上提出了科学智能大模型——DeDAO(微分之道),以应对现有的挑战。最后,对微分方程深度学习求解方法进行了简要总结。

【关键词】 人工智能 ; 深度学习 ; 神经网络 ; 微分方程

0 引言

随着时间的变化,客观物理世界中的事物也在变化,如山脉侵蚀、河床演变、人口迁移、经济波动、技术进步等,大量客观物理规律变化都可以由时间的函数来描述。具体来说,可由以时间和其他变量为自变量的微分方程(differential equation, DE)来描述。微分方程是表示未知函数及其导数与自变量之间关系的方程,主要包括:常微分方程(ordinary differential equation,ODE)、偏微分方程(partial differential equation,PDE)、随机微分方程(stochastic differential equation,SDE)、积分微分方程(in

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