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偏微分方程(PDE)的初步認識與機器學習

首先PDE是將所有變數聯絡在一起的一個方程,比如最簡單的x = vt + (1/2)at^2, 其實可以寫成x = v * t + (1/2) * (d^2x / dt^2) * t^2。這是一個常微分方程,它的解析解是x = (1/2) * a * t^2, 也就是當物體做勻加速運動時,就滿足該常微分方程。雖然是ODE,但是思想與PDE差不多是一致的,它將每個變數都聯絡在了一起。

而關於上一段中提到的解析解,有的微分方程時不存在解析解的,我們只能在數字上逼近這一解,如微積分課程中所學的梯形法、拋物線法來逼近某影象的面積來求得近似解,這樣所求的解也叫做數值解

那對於PDE,如自變數為兩個時(假設是空間和時間),這也就取決於需要求解時的狀態,因此物理化學模型中經常出現偏微分方程,這些方程往往沒有解析解(可能是因為存在邊界條件等某些原因),因此在機器學習中,我們要做的是無限逼近該偏微分方程的數值解,例如對於任何一個偏微分方程,將其中的每個微分運算元(D,D^2等)都看作是機器學習中所說的“權重”,因此經過不斷的訓練即可得到y = f(x)這樣的表示式,也就完成了對偏微分方程的數值解求解。

其實我認為這一種數值解求解並不能叫做“解”偏微分方程,更應該叫做“模擬”偏微分方程,通過不斷訓練得到一個良好的模型來預測材料的性質y。