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NeuFENet: neural finite element solutions with theoretical bounds for parametric PDEs

  • 10.04.2024
  • Original Article
Erschienen in:

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Abstract

Der Artikel stellt NeuFENet vor, eine neuronale Finite-Elemente-Methode zur effizienten Lösung parametrischer partieller Differentialgleichungen (PDEs). Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden nutzt NeuFENet tiefe neuronale Netzwerke, um komplexe Funktionen darzustellen, und setzt Finite-Elemente-Methoden ein, um die räumliche Differenzierbarkeit der Lösung sicherzustellen. Dieser Ansatz ermöglicht die exakte Anwendung von Randbedingungen und liefert a priori Fehlerschätzungen, was ihn zu einer robusten und präzisen Methode zur Lösung von PDEs macht. Der Artikel vertieft die mathematischen Formulierungen, Implementierungsaspekte und die theoretische Analyse von NeuFENet und zeigt seine Leistung bei linearen Poisson-Gleichungen in 2D und 3D mit Dirichlet- und Neumann-Randbedingungen. Darüber hinaus demonstriert es die Fähigkeit von NeuFENet, mit parametrischen PDEs umzugehen, wie die Lösung von Poissons Gleichung mit stochastischer Diffusivität zeigt. Die Ergebnisse unterstreichen die überlegene Leistung von NeuFENet im Vergleich zu herkömmlichen Methoden und bieten vielversprechende Möglichkeiten für eine rasche Designexploration und neuronale PDE-Inferenz in Echtzeit.

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Titel
NeuFENet: neural finite element solutions with theoretical bounds for parametric PDEs
Verfasst von
Biswajit Khara
Aditya Balu
Ameya Joshi
Soumik Sarkar
Chinmay Hegde
Adarsh Krishnamurthy
Baskar Ganapathysubramanian
Publikationsdatum
10.04.2024
Verlag
Springer London
Erschienen in
Engineering with Computers / Ausgabe 5/2024
Print ISSN: 0177-0667
Elektronische ISSN: 1435-5663
DOI
https://doi.org/10.1007/s00366-024-01955-7
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