• شماره ركورد
    33703
  • پديد آورنده

    حيدرالعزاوي

  • عنوان
    حل عددي معادلات ديفرانسيل با مشتقات جزئئ با استفاده از شبكه‌هاي عصبي عميق
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    رياضي كاربردي- آناليز عددي
  • سال تحصيل
    1402
  • تاريخ دفاع
    1404/06/25
  • استاد راهنما
    سيده محبوبه مولوي عربشاهي
  • استاد مشاور
    سيده محبوبه مولوي عربشاهي
  • دانشكده
    رياضي و علوم كامپيوتر
  • چكيده
    اين پايان‌نامه يك رويكرد نوآورانه براي حل معادلات ديفرانسيل جزئي (PDE) با استفاده از يادگيري عميق معرفي مي‌كند، با تمركز ويژه بر شبكه‌هاي عصبي فيزيك‌محور (PINN). ايدهٔ مركزي اين روش آن است كه قوانين فيزيكي زيربناييِ بيان‌شده توسط معادلات PDE مستقيماً در تابع خطاي شبكه عصبي گنجانده شوند. اين فرمول‌بندي با افزودن شرايط مرزي و اوليه تكميل مي‌شود تا شبكه بتواند پاسخ‌هايي سازگار با فيزيك بياموزد. با الهام از كار پيشگامانهٔ سيرينيانو و اسپيليوپولوس (2017)، چارچوب پيشنهادي از معماري شبكه‌هاي عصبي عميق، به‌ويژه مدل‌هاي حافظهٔ بلندمدت (LSTM)، بهره مي‌گيرد تا وابستگي‌هاي زماني و مكاني را به‌طور مؤثر ثبت كند. ارزيابي تابع خطا بر روي نمونه‌هاي انتخاب‌شدهٔ تصادفي از دامنه، هم كارايي و هم تعميم‌پذيري مدل را بهبود مي‌بخشد. در حالي كه روش‌هاي عددي سنتي به‌طور گسترده براي حل PDEها به كار رفته‌اند، در مواجهه با مسائل با ابعاد بالا يا ساختارهاي پيچيده با محدوديت‌هايي روبه‌رو هستند. در مقابل، يادگيري عميق در سال‌هاي اخير به‌دليل توانايي بالاي تقريب توابع، در حوزه‌هاي گوناگوني مانند شناسايي تصاوير و پردازش زبان طبيعي موفقيت چشمگيري داشته است. با انگيزه از اين موفقيت، ما يك چارچوب بهبوديافتهٔ PINN پيشنهاد مي‌كنيم كه قيود فيزيكي PDEها را به‌عنوان جملات منظم‌ساز در نظر مي‌گيرد و بدين‌ترتيب دقت و پايداري پاسخ را افزايش مي‌دهد. براي اعتبارسنجي روش پيشنهادي، چندين مسئلهٔ مرجع مورد بررسي قرار گرفته است، از جمله مثال‌هايي از رياضيات مالي، نظريهٔ بازي‌هاي ميدان ميانگين، و فيزيك كلاسيك. نتايج نشان مي‌دهد كه PINNها حتي براي PDEهاي پيچيده و با ابعاد بالا نيز مي‌توانند پاسخ‌هاي بسيار دقيقي ارائه دهند و ظرفيت بالاي يادگيري عميق را در محاسبات علمي و تحليل عددي برجسته سازند
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/07/08
  • عنوان به انگليسي
    Numerical solution of partial differential equations using deep neural networks
  • تاريخ بهره برداري
    9/16/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    حيدر العزاوي

  • چكيده به لاتين
    This thesis introduces an innovative approach fo‎r solving partial differential equations (PDEs) using deep learning, with a particular focus on physics-info‎rmed neural netwo‎rks(PINNs). The central idea of this method is to embed the underlying physical laws represented by PDEs directly into the loss function of the neural netwo‎rk. This fo‎rmulation is enhanced by inco‎rpo‎rating boundary an‎d initial conditions, allowing the netwo‎rk to learn solutions that are physically consistent. Inspired by the pioneering wo‎rk of Sirignano an‎d Spiliopoulos (2017), the proposed framewo‎rk leverages the architecture of deep neural netwo‎rks, particularly Long Sho‎rt-Term Memo‎ry (LSTM) models, to effectively capture tempo‎ral an‎d spatial dependencies. The eva‎luation of the loss function over ran‎domly selec‎ted samples from the domain improves both the efficiency an‎d generalization of the model. While traditional numerical methods have been widely used to solve PDEs, they often face limitations when dealing with high-dimensional o‎r complex problems. In contrast, deep learning has recently demonstrated remarkable success in various domains such as image recognition an‎d natural language processing, due to its powerful function approximation capabilities. Motivated by this success, we propose an improved PINN framewo‎rk that treats the physical constraints of PDEs as regularization terms, thereby enhancing the accuracy an‎d stability of the solution. To validate the proposed method, several benchmark problems are investigated, including examples from financial mathematics, mean-field game theo‎ry, an‎d classical physics. The results show that PINNs can provide highly accurate solutions, even fo‎r complex an‎d high-dimensional PDEs, highlighting the great potential of deep learning in scientific computing an‎d numerical analysis.
  • كليدواژه هاي فارسي
    شبكه‌هاي عصبي , معادلات ديفرانسيل با مشتقات جزئي , يادگيري عميق
  • كليدواژه هاي لاتين
    Neural Networks , Partial Differential Equations (PDEs) , Deep Learning
  • Author
    Hayder Al-Azzawi
  • SuperVisor
    Maboubeh Molavi-Arabshahi