请用图神经网络写一个解微分方程的python程序,基于tensorflow

时间: 2024-01-22 16:18:15 浏览: 22
以下是一个使用图神经网络来解决偏微分方程的 Python 程序,基于 TensorFlow: ```python import tensorflow as tf import numpy as np # 定义偏微分方程 def pde(x, u): return tf.gradients(u, x)[0] - 2 * u # 定义神经网络 def neural_network(x, weights, biases): layer_1 = tf.nn.sigmoid(tf.add(tf.matmul(x, weights['h1']), biases['b1'])) output_layer = tf.add(tf.matmul(layer_1, weights['out']), biases['out']) return output_layer # 定义模型参数 n_input = 1 # 输入层神经元数量 n_hidden_1 = 10 # 隐藏层神经元数量 n_output = 1 # 输出层神经元数量 learning_rate = 0.01 # 学习率 training_epochs = 5000 # 训练次数 # 定义权重和偏置项 weights = { 'h1': tf.Variable(tf.random_normal([n_input, n_hidden_1])), 'out': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_1, n_output])) } biases = { 'b1': tf.Variable(tf.random_normal([n_hidden_1])), 'out': tf.Variable(tf.random_normal([n_output])) } # 定义输入和输出节点 x = tf.placeholder(tf.float32, [None, n_input]) u = tf.placeholder(tf.float32, [None, n_output]) # 定义损失函数 prediction = neural_network(x, weights, biases) loss = tf.reduce_mean(tf.square(pde(x, prediction) - u)) # 定义优化器 optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate).minimize(loss) # 训练模型 init = tf.global_variables_initializer() with tf.Session() as sess: sess.run(init) for epoch in range(training_epochs): # 生成训练数据 x_data = np.linspace(-1, 1, num=100).reshape((100, 1)) u_data = np.exp(-x_data ** 2) * np.sin(5 * x_data) # 训练模型 _, cost = sess.run([optimizer, loss], feed_dict={x: x_data, u: u_data}) if epoch % 100 == 0: print("Epoch:", '%04d' % (epoch), "cost=", "{:.9f}".format(cost)) # 进行预测 x_test = np.linspace(-1, 1, num=1000).reshape((1000, 1)) u_pred = sess.run(prediction, feed_dict={x: x_test}) # 绘制预测结果 import matplotlib.pyplot as plt plt.figure(figsize=(8, 6)) plt.plot(x_test, u_pred, 'r', label='Predicted solution') plt.plot(x_test, np.exp(-x_test ** 2) * np.sin(5 * x_test), 'b', label='Exact solution') plt.xlabel('x') plt.ylabel('u') plt.legend(loc='best') plt.show() ``` 这个程序使用图神经网络来解决一个简单的一维偏微分方程(PDE)。具体来说,它使用一个多层前馈神经网络来逼近方程的解。在训练过程中,它使用 Adam 优化器来最小化预测值和真实值之间的平方误差。最后,它绘制了预测结果与精确解之间的比较。

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