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Aprendizado de máquina aplicado em equações diferenciais com soluções do tipo sóliton com variação de parâmetros.

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dc.creator OLIVEIRA, Igor Andrade Reis de
dc.date.issued 2025-05-06
dc.identifier.citation OLIVEIRA, Igor Andrade Reis de. Aprendizado de máquina aplicado em equações diferenciais com soluções do tipo sóliton com variação de parâmetros. 2025. 129 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia da Computação.) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025. pt_BR
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4263
dc.description.abstract This work introduces an extended version of the Physics-Informed Neural Networks (PINNs) framework to solve parametrized partial differential equations (PDEs) by incorporating an additional input dimension for a variable parameter 𝑚. This enhancement enables the model to generalize solutions across a specified parameter range without retraining for each value. Notably, the extended model maintained training times comparable to the standard approach (≈280 seconds), demonstrating computational efficiency despite the added dimension. Initially, the model was validated on a second-order ordinary differential equation (ODE) with variable coefficients, effectively generalizing solutions over parameter ranges. The investigation then progressed to the nonlinear Korteweg-de Vries (KdV) equation, demonstrating the model’s ability to simulate complex soliton interactions using limited initial data points. Optimal network architectures were identified for different scenarios, emphasizing the importance of hyperparameter selection. Although physical constraints were easily implemented using DeepXDE, no significant accuracy improvements were observed, suggesting that the equation and initial conditions provided sufficient restrictions. The primary focus was on the Sine-Gordon equation, a nonlinear PDE with soliton solutions, to evaluate the model’s ability to generalize for variable parameter 𝑚. Accurate solutions were achieved with minimal data, highlighting the model’s efficiency. Challenges arose near 𝑚 = 0, where the equation approaches a linear wave form, reducing the model’s generalization capacity. Despite this, the approach consistently delivered reliable solutions across most of the parameter range, demonstrating its potential for efficiently solving parametrized PDEs pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Redes neurais informadas pela física pt_BR
dc.subject Equações diferenciais parciais parametrizadas pt_BR
dc.subject Equação de Korteweg-de Vries pt_BR
dc.subject Equação de Sine-Gordon pt_BR
dc.subject Solitons pt_BR
dc.subject Aprendizado profundo pt_BR
dc.subject Eficiência computacional pt_BR
dc.title Aprendizado de máquina aplicado em equações diferenciais com soluções do tipo sóliton com variação de parâmetros. pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.date.available 2025-09-11
dc.date.available 2025-09-11T13:34:39Z
dc.date.accessioned 2025-09-11T13:34:39Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/8190362301416682 pt_BR
dc.contributor.advisor1 MACHADO, Jeremias Barbosa
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/6847110694951429 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 PAVAN, Alan Bendasoli
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/8154959660506192 pt_BR
dc.description.resumo Este trabalho introduz uma versão estendida da estrutura de Redes Neurais Informadas pela Física (PINNs) para resolver equações diferenciais parciais (EDPs) parametrizadas, incorporando uma dimensão adicional de entrada para um parâmetro variável 𝑚. Essa melhoria permite que o modelo generalize soluções ao longo de um intervalo específico de parâmetros sem a necessidade de retreinamento para cada valor. Notavelmente, o modelo estendido manteve tempos de treinamento comparáveis ao método padrão (≈280 segundos), demonstrando eficiência computacional apesar da dimensão adicional. Inicialmente, o modelo foi validado em uma equação diferencial ordinária (EDO) de segunda ordem com coeficientes variáveis, generalizando com eficácia soluções ao longo de intervalos de parâmetros. A investigação prosseguiu para a equação não linear de Korteweg-de Vries (KdV), demonstrando a capacidade do modelo em simular interações complexas de sólitons com dados iniciais limitados. Arquiteturas de rede ótimas foram identificadas para diferentes cenários, enfatizando a importância da escolha dos hiperparâmetros. Embora os vínculos físicos tenham sido diretamente implementados usando o DeepXDE, não foram observadas melhorias significativas na precisão, sugerindo que a equação e as condições iniciais já impõem restrições suficientes. O foco principal foi a equação de Sine-Gordon, uma EDP não linear com soluções do tipo sóliton, para avaliar a capacidade do modelo em generalizar para o parâmetro variável 𝑚. Soluções precisas foram obtidas com dados mínimos, destacando a eficiência do modelo. Desafios surgiram quando 𝑚 ≈ 0, onde a equação se aproxima de uma forma de onda linear, reduzindo a capacidade de generalização do modelo. Apesar disso, a abordagem forneceu consistentemente soluções confiáveis na maior parte do intervalo de parâmetros, demonstrando seu potencial para resolver EDPs parametrizadas de forma eficiente pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Ciência e Tecnologia da Computação pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA::CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO pt_BR


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