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曾晓青1,唐卷1,2,肖华峰3,谢漫淇1,罗凯1
ZENG Xiaoqing1, TANG Juan1,2, Xiao Huafeng3,
XIE Manqi1, LUO Kai1
摘要: 针对积分微分代数方程(IDAE)传统数值方法存在计算存储成本高、刚性系统稳定性差及代数约束处理困难等问题,提出一种基于辅助物理信息神经网络(APINN)的IDAE求解方法APINN-IDAE。该方法的核心思想是利用APINN的多任务学习机制,通过引入辅助网络输出专门逼近积分历史项,将原IDAE系统中难以处理的积分约束转化为易于优化的微分关系,从而避免了传统方法中昂贵的数值积分计算。网络主输出负责微分变量,辅助输出分别处理积分项与代数约束残差,并构建了融合微分方程、代数方程、辅助变量微分关系及初值条件的统一加权损失函数。在多个典型IDAE算例(包括非线性、变系数及强耦合系统)上的实验结果表明,所提方法在求解域内预测解与精确解高度吻合,微分变量与代数变量的相对L²误差均达到10⁻³至10⁻⁵量级,且误差无时间积累效应。APINN-IDAE在保持无网格和自动微分优势的同时,以辅助变量避免了对积分项的显式微分,从而降低了积分算子的计算复杂度并改善了梯度稳定性,在处理刚性或高指标IDAE系统时具有潜在的鲁棒性,为多物理耦合问题的求解提供了新的思路。
中图分类号: