kth.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Error estimation for neural network approximations of convection problems
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Mathematics (Dept.), Mathematics (Div.).
2022 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Feluppskattning för beräkning av konvektionsproblem med neurala nätverk (Swedish)
Abstract [en]

The problem of approximating a solution to the convection equation $\partial_t u +f\cdot\nabla_xu = h$ given data on the flux $f$, source function $h$ and a final condition $g$ is investigated. Specifically, two layer neural networks are used to approximate $f,h$ and $g$ and a solution is approximated using numerical integration. An upper bound to the expected square error of the approximated solution is derived which is dependent on the number of parameters in the approximating neural networks. The dependency of the error is investigated via numerical experiments concerning both synthetic and real world wind data. The neural networks used in the numerical experiments are trained first by the algorithm Adaptive Metropolis-Hastings and then by the SGD-type algorithm Adam. The rate of convergence of the approximation error is shown to be in line with the derived bound when approximating a solution close in time to the final condition $g$. The error is shown to decrease slower than what the derived bound suggests when approximating far away in time from the final condition $g$.

Abstract [sv]

Detta arbete undersöker feluppskattning för uppskattade lösningar till den partiella differentialekvationen $\partial_t u +f\cdot\nabla_xu = h$ där flödet $f$, källfunktionen $h$ och ett slutvillkor $g$ är givna. Neurala nätverk med två lager används för att uppskatta $f,h$ och $g$ och en uppskattad lösning erhålls via numerisk integration. En övre begränsning till den uppskattade lösningens förväntade kvadratfel härleds. Övre begränsningen är en funktion av antalet parametrar i de neurala nätverken som används i uppskattningen och tyder på att felet förväntas avta när antalet parametrar ökar. Hur felet beror på antalet parametrar undersöks i två numeriska experiment. Experimenten berör både syntetiska och riktiga data. De neurala nätverk som används i de numeriska experimenten tränas av algoritmen Adaptiv Metropolis-Hastings och därefter av den SGD-baserade algoritmen Adam. Felet visas i de två experimenten avta i en takt som överensstämmer med den övre begränsning som tidigare härledds. Felet avtar långsammare när man försöker uppskatta lösningen långt bort i tiden från det givna slutvillkoret $g$.

Place, publisher, year, edition, pages
2022. , p. 54
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2022:328
National Category
Other Mathematics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-323878OAI: oai:DiVA.org:kth-323878DiVA, id: diva2:1737033
External cooperation
H-Ai AB
Subject / course
Mathematics
Educational program
Master of Science - Applied and Computational Mathematics
Supervisors
Examiners
Available from: 2023-02-15 Created: 2023-02-15 Last updated: 2023-02-15Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(4943 kB)286 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4943 kBChecksum SHA-512
15de95ccb064496d566841471ad0dd5f5486a9d6da0bd4417cc484581aa9b9a96f4e0ad8733994673185554e7f2d7639aff954dabf55005dcc35edf6d4a9721d
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Mathematics (Div.)
Other Mathematics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 286 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 357 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf