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