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 10:18:15 浏览: 72
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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