Soluções de equações diferenciais via redes neurais artificiais
| Ano de defesa: | 2021 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Espírito Santo
BR Mestrado em Informática Centro Tecnológico UFES Programa de Pós-Graduação em Informática |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
|
| País: |
Não Informado pela instituição
|
| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufes.br/handle/10/14823 |
Resumo: | The study of differential equations plays an important role in several fields of science and technology, through the modeling of real-world problems. As most of the mathematical models described by differential equations (ordinary and partial) do not have an analytical solution, numerical methods, such as finite differences and finite elements, are widely used to solve it. Recently, many studies have been dedicated to the application of deep artificial neural networks, known as deep learning, in the solution of differential equations, with promising results. The aim of this work is to explore the use of artificial neural networks feedforward in the solution of ordinary and partial differential equations. The neural network was implemented using the Python language, with the Tensorflow library. We applied this methodology in the solution of two initial value problems, in the Poisson problem (two-dimensional), in two unsteady problems (heat and wave equations) and in a singularly perturbed one-dimensional problem (convection-diffusion equation) to evaluate the quality of the solutions obtained . Some comparisons with classical numerical methods, such as Euler, Runge-Kutta, finite differences and finite elements, are presented. |
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Soluções de equações diferenciais via redes neurais artificiaistitle.alternativeEquações diferenciaisredes neurais artificiaisTensorflowaprendizagem profundasubject.br-rjbnCiência da ComputaçãoThe study of differential equations plays an important role in several fields of science and technology, through the modeling of real-world problems. As most of the mathematical models described by differential equations (ordinary and partial) do not have an analytical solution, numerical methods, such as finite differences and finite elements, are widely used to solve it. Recently, many studies have been dedicated to the application of deep artificial neural networks, known as deep learning, in the solution of differential equations, with promising results. The aim of this work is to explore the use of artificial neural networks feedforward in the solution of ordinary and partial differential equations. The neural network was implemented using the Python language, with the Tensorflow library. We applied this methodology in the solution of two initial value problems, in the Poisson problem (two-dimensional), in two unsteady problems (heat and wave equations) and in a singularly perturbed one-dimensional problem (convection-diffusion equation) to evaluate the quality of the solutions obtained . Some comparisons with classical numerical methods, such as Euler, Runge-Kutta, finite differences and finite elements, are presented.O estudo de equações diferenciais exerce um importante papel em vários campos da ciência e tecnologia, através da modelagem de problemas do mundo real. Como grande parte dos modelos matemáticos descritos por equações diferenciais (ordinárias e parciais) não possui solução analítica, método numéricos, como diferenças finitas e elementos finitos, são amplamente utilizados para resolvê-lo. Recentemente, muitos estudos têm sido dedicados na aplicação de redes neurais artificiais profundas, conhecidas como deep learning, no processo de solução de equações diferenciais, com resultados promissores. O objetivo deste trabalho é explorar o uso de modelos de aprendizagem profunda (deep learning) baseados em redes neurais artificiais feedforward na solução de equações diferenciais ordinárias e parciais. A rede neural foi implementada usando a linguagem Python, com a biblioteca Tensorflow. Aplicamos essa metodologia na solução de dois problemas de valor inicial, no problema de Poisson (bidimensional), em dois problemas transientes (equações do calor e da onda) e em um problema singularmente pertubado unidimensional (equação de convecção-difusão) para avaliar a qualidade das soluções obtidas. Algumas comparações com os métodos numéricos clássicos, Euler, Runge-Kutta, diferenças finitas e elementos finitos, são apresentadas.Universidade Federal do Espírito SantoBRMestrado em InformáticaCentro TecnológicoUFESPrograma de Pós-Graduação em InformáticaSantos, Isaac Pinheiro doshttps://orcid.org/0000-0001-8524-0393http://lattes.cnpq.br/3793156690673506https://orcid.org/0000-0003-2231-3553http://lattes.cnpq.br/0752949156493099Catabriga, Luciahttps://orcid.org/0000-0001-8763-5188http://lattes.cnpq.br/4364303980383808Guasti Junior, Wilson2024-05-30T00:49:35Z2024-05-30T00:49:35Z2021-03-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/14823porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2025-05-08T09:14:45Zoai:repositorio.ufes.br:10/14823Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082025-05-08T09:14:45Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false |
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Santos, Isaac Pinheiro dos https://orcid.org/0000-0001-8524-0393 http://lattes.cnpq.br/3793156690673506 https://orcid.org/0000-0003-2231-3553 http://lattes.cnpq.br/0752949156493099 Catabriga, Lucia https://orcid.org/0000-0001-8763-5188 http://lattes.cnpq.br/4364303980383808 |
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