pytorch PINN求解分段初边值条件不为sin(pi*x)的Burger方程的间断问题的预测解和真实解以及误差等值线图的代码

时间: 2024-02-13 13:05:12 浏览: 128
以下是求解分段初边值条件不为sin(pi*x)的Burger方程的间断问题的预测解和真实解以及误差等值线图的代码: ```python import torch import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 设置随机数种子,以便结果可重现 torch.manual_seed(1234) np.random.seed(1234) # 定义Burger方程 def f(u, v, x): u_x = torch.autograd.grad(u, x, grad_outputs=torch.ones_like(u), create_graph=True)[0] v_x = torch.autograd.grad(v, x, grad_outputs=torch.ones_like(v), create_graph=True)[0] return u*v_x + 0.01*torch.autograd.grad(v_x, x, grad_outputs=torch.ones_like(v_x), create_graph=True)[0] - 0.1*u_x # 定义边界条件 def g_left(t): return 0.5*(torch.tanh(20*(0.25-t)) + 1) def g_right(t): return 0.5*(torch.tanh(20*(0.75-t)) + 1) def h(u): return u # 定义PINN模型 class PINN(torch.nn.Module): def __init__(self): super(PINN, self).__init__() self.fc1 = torch.nn.Linear(1, 50) self.fc2 = torch.nn.Linear(50, 50) self.fc3 = torch.nn.Linear(50, 50) self.fc4 = torch.nn.Linear(50, 1) def forward(self, x): h = x h = torch.nn.functional.relu(self.fc1(h)) h = torch.nn.functional.relu(self.fc2(h)) h = torch.nn.functional.relu(self.fc3(h)) h = self.fc4(h) return h # 定义训练函数 def train(model, x_left, x_right, x_inner, y_left, y_right, optimizer, epochs): losses = [] for epoch in range(epochs): optimizer.zero_grad() # 计算边界损失 y_pred_left = model(x_left) y_pred_right = model(x_right) loss_boundary = torch.mean((g_left(0) - y_pred_left)**2) + torch.mean((g_right(0) - y_pred_right)**2) # 计算内部损失 u = x_inner[:, 0] t = x_inner[:, 1] u.requires_grad = True t.requires_grad = True v = model(u) f_pred = f(u, v, t) loss_interior = torch.mean((f_pred)**2) # 计算总损失 loss = loss_boundary + loss_interior # 反向传播和优化 loss.backward() optimizer.step() # 记录损失 losses.append(loss.item()) # 打印中间结果 if epoch % 1000 == 0: print("Epoch {}: Loss {}".format(epoch, loss.item())) return losses # 生成训练数据 n_left = 50 n_right = 50 n_inner = 2000 x_left = torch.linspace(0, 0.25, n_left)[:, None] x_right = torch.linspace(0.75, 1, n_right)[:, None] x_inner = torch.rand(n_inner, 2) x_inner[:, 0] = x_inner[:, 0]*0.5 + 0.25 x_inner[:, 1] = x_inner[:, 1]*2 y_left = g_left(0) y_right = g_right(0) # 训练模型 model = PINN() optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001) losses = train(model, x_left, x_right, x_inner, y_left, y_right, optimizer, epochs=10000) # 绘制真实解和预测解的等值线图 x = torch.linspace(0, 1, 100)[:, None] t = torch.linspace(0, 2, 100)[:, None] u_true = torch.zeros(100, 100) u_pred = torch.zeros(100, 100) for i in range(100): for j in range(100): u_true[i, j] = h(g_left(t[j])*(x[i] <= 0.25) + g_right(t[j])*(x[i] >= 0.75) + (1 - x[i])*(x[i] > 0.25)*(x[i] < 0.5)*(t[j] <= 1) + x[i]*(x[i] > 0.5)*(x[i] < 0.75)*(t[j] <= 1) + (1 - x[i])*(x[i] > 0.25)*(x[i] < 0.5)*(t[j] > 1) + (1 - x[i])*(x[i] > 0.5)*(x[i] < 0.75)*(t[j] > 1)) u_pred[i, j] = model(torch.cat([x[i, None], t[j, None]], dim=1)).item() fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(12, 4)) axs[0].contourf(x, t, u_true, levels=100, cmap="rainbow") axs[0].set_xlabel("x") axs[0].set_ylabel("t") axs[0].set_title("True Solution") axs[1].contourf(x, t, u_pred, levels=100, cmap="rainbow") axs[1].set_xlabel("x") axs[1].set_ylabel("t") axs[1].set_title("Predicted Solution") axs[2].contourf(x, t, u_true - u_pred, levels=100, cmap="rainbow") axs[2].set_xlabel("x") axs[2].set_ylabel("t") axs[2].set_title("Error") plt.show() ``` 请注意,这段代码假设你已经安装了PyTorch和Matplotlib。
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