pytorch PINN求解具有初边值的热传导方程间断问题的代码(含真实解和误差的图像代码)

时间: 2024-02-01 17:17:06 浏览: 68
以下是使用PyTorch实现的PINN求解具有初边值的热传导方程间断问题的代码,包括真实解和误差的图像代码: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 设置随机数种子 torch.manual_seed(1234) np.random.seed(1234) # 设置设备 device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu') # 定义热传导方程 class HeatEquation(nn.Module): def __init__(self): super(HeatEquation, self).__init__() self.net = nn.Sequential( nn.Linear(2, 50), nn.Tanh(), nn.Linear(50, 50), nn.Tanh(), nn.Linear(50, 50), nn.Tanh(), nn.Linear(50, 1) ) def forward(self, x): return self.net(x) # 定义边界条件 def boundary_condition(x): return x[:,0:1]*(1-x[:,0:1])*x[:,1:2]*(1-x[:,1:2]) # 定义真实解 def analytical_solution(x): return np.sin(np.pi*x[:,0:1])*np.sin(np.pi*x[:,1:2]) # 定义损失函数 def loss_func(net, x, y, b): y_pred = net(x) y_grad = torch.autograd.grad(y_pred.sum(), x, create_graph=True)[0] y_t = y_grad[:,1:2] y_x = y_grad[:,0:1] y_xx = torch.autograd.grad(y_x.sum(), x, create_graph=True)[0][:,0:1] loss = nn.MSELoss()(y_pred, y) + nn.MSELoss()(y_t, y_xx) + nn.MSELoss()(b, torch.zeros_like(b)) return loss # 生成训练数据 n = 2000 x = np.random.uniform(low=0.0, high=1.0, size=(n,2)).astype('float32') y = analytical_solution(torch.from_numpy(x)).detach().numpy() b = boundary_condition(torch.from_numpy(x)).detach().numpy() # 转换为张量 x = torch.from_numpy(x).to(device) y = torch.from_numpy(y).to(device) b = torch.from_numpy(b).to(device) # 初始化模型 net = HeatEquation().to(device) # 定义优化器 optimizer = optim.Adam(net.parameters(), lr=0.001) # 训练模型 epochs = 5000 for epoch in range(epochs): optimizer.zero_grad() loss = loss_func(net, x, y, b) loss.backward() optimizer.step() if epoch % 100 == 0: print('Epoch [{}/{}], Loss: {:.4f}'.format(epoch+1, epochs, loss.item())) # 绘制真实解和PINN求解的解的比较图像 x_test = np.linspace(0, 1, 100) y_test = np.linspace(0, 1, 100) X, Y = np.meshgrid(x_test, y_test) xy = np.hstack((X.reshape(-1,1), Y.reshape(-1,1))) xy_tensor = torch.from_numpy(xy).float().to(device) z_true = analytical_solution(xy_tensor).cpu().detach().numpy().reshape(100, 100) z_pinns = net(xy_tensor).cpu().detach().numpy().reshape(100, 100) plt.subplot(121) plt.pcolor(X, Y, z_true) plt.colorbar() plt.title('True Solution') plt.subplot(122) plt.pcolor(X, Y, z_pinns) plt.colorbar() plt.title('PINNs Solution') plt.show() # 绘制误差图像 z_error = np.abs(z_true - z_pinns) plt.pcolor(X, Y, z_error) plt.colorbar() plt.title('Error') plt.show() ``` 在训练过程中,每100个epoch打印一次损失值。训练完成后,绘制真实解和PINN求解的解的比较图像和误差图像。

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