dc.creator |
OLIVEIRA, Igor Andrade Reis de |
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dc.date.issued |
2025-05-06 |
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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 |
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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 |
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dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
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dc.rights |
Acesso Aberto |
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dc.subject |
Redes neurais informadas pela física |
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dc.subject |
Equações diferenciais parciais parametrizadas |
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dc.subject |
Equação de Korteweg-de Vries |
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dc.subject |
Equação de Sine-Gordon |
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dc.subject |
Solitons |
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dc.subject |
Aprendizado profundo |
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dc.subject |
Eficiência computacional |
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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 |
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dc.date.available |
2025-09-11T13:34:39Z |
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dc.date.accessioned |
2025-09-11T13:34:39Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/8190362301416682 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
MACHADO, Jeremias Barbosa |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/6847110694951429 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 |
PAVAN, Alan Bendasoli |
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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 |
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dc.publisher.department |
IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação |
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dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Ciência e Tecnologia da Computação |
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dc.publisher.initials |
UNIFEI |
pt_BR |
dc.subject.cnpq |
CNPQ::CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA::CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO |
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