PINN求解PDE代码

时间: 2023-12-20 16:56:51 浏览: 50
以下是使用PINN求解PDE的Python代码示例: ```python import tensorflow as tf import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义PINN模型 class PINN(tf.keras.Model): def __init__(self): super(PINN, self).__init__() self.dense1 = tf.keras.layers.Dense(50, activation=tf.nn.tanh) self.dense2 = tf.keras.layers.Dense(50, activation=tf.nn.tanh) self.dense3 = tf.keras.layers.Dense(1, activation=None) def call(self, inputs): x = inputs[:, 0:1] t = inputs[:, 1:2] u = self.dense1(tf.concat([x, t], 1)) u = self.dense2(u) u = self.dense3(u) return u # 定义PDE的边界条件和初始条件 def initial_condition(x): return np.sin(np.pi * x) def boundary_condition(x, t): return np.exp(-np.pi**2 * t) * np.sin(np.pi * x) # 定义PINN模型的损失函数 def loss(model, x, t, u, x_bc, t_bc, u_bc): with tf.GradientTape(persistent=True) as tape: tape.watch(x) tape.watch(t) u_pred = model(tf.concat([x, t], 1)) u_x = tape.gradient(u_pred, x) u_t = tape.gradient(u_pred, t) u_xx = tape.gradient(u_x, x) f = u_t + u_pred * u_x - 0.01 * u_xx f_bc = model(tf.concat([x_bc, t_bc], 1)) - u_bc loss = tf.reduce_mean(tf.square(f)) + tf.reduce_mean(tf.square(f_bc)) return loss # 定义训练函数 def train(model, x, t, u, x_bc, t_bc, u_bc, epochs): optimizer = tf.keras.optimizers.Adam() for epoch in range(epochs): with tf.GradientTape() as tape: loss_value = loss(model, x, t, u, x_bc, t_bc, u_bc) grads = tape.gradient(loss_value, model.trainable_variables) optimizer.apply_gradients(zip(grads, model.trainable_variables)) if epoch % 100 == 0: print("Epoch {}: Loss = {}".format(epoch, loss_value.numpy())) # 生成训练数据和边界数据 N = 1000 M = 100 x = np.linspace(0, 1, N) t = np.linspace(0, 1, M) x, t = np.meshgrid(x, t) x, t = x.flatten()[:, None], t.flatten()[:, None] u = initial_condition(x) x_bc = np.concatenate((x[0:N], x[N*(M-1):N*M]), axis=0) t_bc = np.concatenate((t[0:N], t[N*(M-1):N*M]), axis=0) u_bc = np.concatenate((boundary_condition(x[0:N], t[0:N]), boundary_condition(x[N*(M-1):N*M], t[N*(M-1):N*M])), axis=0) # 训练PINN模型 model = PINN() train(model, x, t, u, x_bc, t_bc, u_bc, epochs=1000) # 绘制预测结果 u_pred = model(tf.concat([x, t], 1)) u_pred = np.reshape(u_pred, (M, N)) plt.imshow(u_pred, cmap='jet', extent=[0, 1, 0, 1], origin='lower') plt.colorbar() plt.show() ``` 该代码使用PINN求解了一个一维热方程,其中包括了初始条件和边界条件。在训练模型后,可以使用模型预测每个时间和空间点的温度值,并绘制成图像。

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