We introduce a method for efficiently solving initial-boundary value problems (IBVPs) that uses Lie symmetries to enforce the associated partial differential equation (PDE) exactly by construction. By leveraging symmetry transformations, the model inherently incorporates the physical laws and learns solutions from initial and boundary data. As a result, the loss directly measures the model's accuracy, leading to improved convergence. Moreover, for well-posed IBVPs, our method enables rigorous error estimation. The approach yields compact models, facilitating an efficient optimization. We implement LieSolver and demonstrate its application to linear homogeneous PDEs with a range of initial conditions, showing that it is faster and more accurate than physics-informed neural networks (PINNs). Overall, our method improves both computational efficiency and the reliability of predictions for PDE-constrained problems.


翻译:我们提出了一种高效求解初边值问题的方法,该方法利用李对称性通过构造精确地强制满足相关偏微分方程。通过利用对称变换,模型内在地融入了物理定律,并从初始和边界数据中学习解。因此,损失函数直接衡量模型的准确性,从而改善了收敛性。此外,对于适定的初边值问题,我们的方法能够实现严格的误差估计。该方法生成紧凑的模型,有助于高效优化。我们实现了LieSolver,并展示了其在具有多种初始条件的线性齐次偏微分方程中的应用,结果表明它比物理信息神经网络更快、更准确。总体而言,我们的方法提高了偏微分方程约束问题的计算效率和预测可靠性。

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