×

利用卷积神经网络计算聚焦非线性薛定谔方程有限亏格解的相位。 (英语) Zbl 1522.35458号

小结:我们发展了一种检索聚焦非线性Schrödinger(NLS)方程的拟周期有限亏格(有限间隙)解的参数集的方法,给出了在固定时间内在有限空间区间上计算的解。这些参数(称为“相位”)进入有限亏格解的Riemann-Hilbert(RH)问题表示中的跳跃矩阵。首先,我们详细介绍了现有的检索周期有限亏格解相位的理论。然后,我们介绍了适用于拟周期解的方法。该方法基于利用贝叶斯优化技术优化的卷积神经网络来识别最佳网络超参数集。为了训练神经网络,我们使用以逆向方式获得的离散数据集:对于固定的主谱(构成相关RH问题轮廓的弧端点)和随机的模态相位集,我们通过RH问题的解在空间中生成相应的离散轮廓,然后将这些生成的对(空间域有限区间内的相位集和相应的离散解)用于训练。然后在一个独立的数据集上验证了该方法的功能,证明了该方法令人满意的性能和泛化能力。

MSC公司:

55年第35季度 NLS方程(非线性薛定谔方程)
2011年第35季度 依赖时间的薛定谔方程和狄拉克方程
2015年第35季度 偏微分方程中的Riemann-Hilbert问题
68T07型 人工神经网络与深度学习
68T05型 人工智能中的学习和自适应系统
2015年1月62日 贝叶斯推断
62C10个 贝叶斯问题;贝叶斯过程的特征
37K15型 无限维哈密顿和拉格朗日系统的逆谱和散射方法
68瓦50 进化算法、遗传算法(计算方面)
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 加德纳,C.S。;格林,J.M。;Kruskal,医学博士。;Miura,R.M.,《求解Korteweg-deVries方程的方法》,《物理评论》,第19期,第1095-1097页(1967年)·Zbl 1061.35520号
[2] 扎哈罗夫,V.E。;Shabat,A.B.,非线性介质中波的二维自聚焦和一维自调制的精确理论,《物理实验杂志》,34,62-69(1972)
[3] Lax,P.D.,非线性演化方程和孤立波的积分,《通信纯应用数学》,21,5,467-490(1968)·Zbl 0162.41103号
[4] Wadati,M.,修正Korteweg-de-Vries方程的精确解,日本物理学会杂志,32,1681(1972)
[5] Ablowitz,M.J。;考普,D.J。;纽厄尔,A.C。;Segur,H.,非线性问题的逆散射变换傅里叶分析,Stud Appl Math,53,4,249-315(1974)·Zbl 0408.35068号
[6] Ablowitz,M.J。;Clarkson,P.A.,《孤子、非线性演化方程和逆散射》,第149卷(1991年),剑桥大学出版社·Zbl 0762.35001号
[7] M.I.Yousefi。;Kschichang,F.R.,《使用非线性傅里叶变换的信息传输》,第一部分:数学工具,IEEE Trans Inform Theory,60,7,4312-4328(2014)·Zbl 1360.94054号
[8] Turitsyn,S.K。;普里莱普斯基,J.E。;Le,S.T。;沃尔斯,S。;水果素。;Kamalian,M.,《光学数据处理和传输的非线性傅里叶变换:进展与展望》,《光学》,4,3,307-322(2017)
[9] 诺维科夫,S。;马纳科夫,S.V。;Pitaevskii,L.P。;Zakharov,V.E.,《孤子理论:逆散射方法》(1984),Springer Science&Business Media·Zbl 0598.35002号
[10] Trogdon,T。;Olver,S.,Riemann-Hilbert问题,它们的数值解和非线性特殊函数的计算(2015),工业和应用数学学会:工业和应用数学学会,宾夕法尼亚州费城
[11] Deift,P。;Zhou,X.,振荡Riemann-Hilbert问题的最速下降法。MKdV方程的渐近性,《数学年鉴》,137295-368(1993)·Zbl 0771.35042号
[12] Matveev,V.B.,《有限间隙积分理论30年》,Phil Trans R Soc A,366,1867,837-875(2008)·Zbl 1153.37419号
[13] 贝洛科洛斯,E.D。;Bobenko,A.I。;Enolskii,V.Z。;其,A.R。;Matveev,V.B.,非线性可积方程的代数几何方法。第550卷(1994年),施普林格出版社·Zbl 0809.35001号
[14] Osborne,A.R.,《罗格波:分类、测量和数据分析以及超快速数值建模》,《欧洲物理杂志》,第185期,第1期,第225-245页(2010年)
[15] Chimmalgi,S。;Wahls,S.,《关于计算高维黎曼θ函数》,《公共非线性科学数值模拟》,第107266条,pp.(2023)·Zbl 07693633号
[16] Fokas,A.S.,《边界值问题的统一方法》(2008年),工业和应用数学学会·Zbl 1181.35002号
[17] Deconick,B。;Fokas,A。;Lenells,J.,周期初始条件下非线性薛定谔方程统一变换的实现,Lett Math Phys,111,1,1-18(2021)·Zbl 1466.35325号
[18] Fokas,A。;Lenells,J.,《圆上可积演化方程的新方法》,Proc R Soc Lond Ser A Math Phys Eng Sci,477,2245,Article 20200605 pp.(2021)
[19] Olver,S.,数值求解Riemann-Hilbert问题的一般框架,数值数学,122,2,305-340(2012)·兹比尔1257.65014
[20] Trogdon,T。;Olver,S.,聚焦和散焦非线性薛定谔方程的数值逆散射,Proc R Soc A Math Phys Eng Sci,469,2149,Article 20120330 pp.(2013)·Zbl 1372.65356号
[21] Olver,S。;Trogdon,T.,Riemann-Hilbert问题的非线性最速下降和数值解,Comm Pure Appl Math,67,8,1353-1389(2014)·Zbl 1300.65094号
[22] 奥斯本,A.,《非线性海浪和逆散射变换》(2010),学术出版社·Zbl 1250.86006号
[23] Osborne,A.R.,《非线性傅里叶分析:数值建模和数据分析中的Rogue波》,《科学与工程杂志》,第8期,第12期,第1005页(2020年)
[24] 古森,J.-W。;哈弗曼,H。;Jaouën,Y.,基于精确逆周期非线性傅立叶变换的数据传输,第一部分:理论,光波技术杂志,38,23,6499-6519(2020)
[25] 卡马利安,M。;Prilepsky,J.E。;Le,S.T。;Turitsyn,S.K.,光纤通信的周期非线性傅里叶变换,第一部分:理论和数值方法,Opt Express,24,16,18353-18369(2016)
[26] 卡马利安,M。;Prilepsky,J.E。;Le,S.T.公司。;Turitsyn,S.K.,光纤通信的周期非线性傅里叶变换,第二部分:特征值通信,Opt Express,24,16,18370-18381(2016)
[27] Kamalian-Kopae,M。;Vasylchenkova,A。;科特利亚尔,O。;Pankratova,M。;Prilepsky,J。;Turitsyn,S.,用于光纤通信应用的非线性傅里叶域中基于人工神经网络的均衡器,(2019年欧洲激光和电光会议和欧洲量子电子学会议(2019)),ci_1_4
[28] 卡马利安,M。;Vasylchenkova,A。;Shepelsky,D。;Prilepsky,J.E。;Turitsyn,S.K.,《利用黎曼-希尔伯特问题在非线性光纤信道中进行信号调制和处理》,《光波技术杂志》,36,24,5714-5727(2018)
[29] Kamalian-Kopae,M。;Vasylchenkova,A。;Shepelsky,D。;Prilepsky,J.E。;Turitsyn,S.K.,通过解决Riemann-Hilbert问题实现的全谱周期非线性傅里叶变换光通信,光波技术杂志,38,14,3602-3615(2020)
[30] 古森,J.-W。;Jaouön,Y。;Hafermann,H.,基于精确逆周期非线性傅立叶变换的数据传输实验演示,(光纤通信会议(2019),Optica出版集团),M1I-6
[31] Mollenauer,L.F。;Gordon,J.P.,《光纤中的孤子:基础和应用》(2006),爱思唯尔出版社
[32] 科特利亚罗夫,V。;Shepelsky,D.,非线性薛定谔方程的平面单模Baker-Akhiezer函数,Ann Math Sci Appl,2,2,343-384(2017)·Zbl 1386.35379号
[33] 陈,X。;魏,Z。;李,M。;Rocca,P.,《逆散射问题深度学习方法综述》(特邀评论),Prog Electromagn Res,167,67-81(2020)
[34] Arridge,S。;Maass,P。;O.Øktem。;Schönlieb,C.-B.,《使用数据驱动模型解决反问题》,《数值学报》,第28期,第1-174页(2019年)·兹比尔1429.65116
[35] Jones,R.T。;Gaiarin,S。;Yankov,M.P。;Zibar,D.,非线性频分复用系统的时域神经网络接收器,IEEE Photonics Technol Lett,30,12,1079-1082(2018)
[36] 山本,S。;Mishina,K。;Maruta,A.,使用神经网络解调光学特征值调制信号,IEICE Commun Express,8,12,507-512(2019)
[37] Wu,Y。;Xi,L。;张,X。;郑,Z。;魏杰。;Du,S.,用于多特征值调制非线性频分复用系统的鲁棒神经网络接收机,Opt Express,28,12,18304-18316(2020)
[38] Mishina,K。;佐藤,S。;Yoshida,Y。;久野,D。;Maruta,A.,特征值调制信号的特征值域神经网络解调器,J Lightwave Technol,39,13,4307-4317(2021)
[39] 张伟强。;Chan,T.H。;Vahid,S.A.,NFDM信号的串行和并行卷积神经网络方案,科学代表,12,1,7962(2022)
[40] van den Oord A、Dieleman S、Zen H、Simonyan K、Vinyals O、Graves A等。WaveNet:原始音频的生成模型。In:第九届ISCA语音合成研讨会。2016年,第125页。
[41] Sedov,E.V。;Freire,P.J。;Seredin,V.V。;科尔巴因,V.A。;Kamalian-Kopae,M。;Chekhovskoy,I.S.,用于计算和去噪聚焦非线性薛定谔方程中的连续非线性傅立叶谱的神经网络,Sci Rep,11,122857(2021)
[42] 佩利坎,M。;Goldberg,D.E。;Cantü-Paz,E.,BOA:贝叶斯优化算法(遗传和进化计算会议论文集GECCO-99)。第1卷(1999年),Citeser),525-532
[43] Fokas,A.S。;Its,A.R.,区间上的非线性薛定谔方程,J Phys A:Math Gen,376091-6114(2004)·Zbl 1057.37063号
[44] Dhillon,A。;Verma,G.K.,《卷积神经网络:模型、方法和在目标检测中的应用综述》,Progr Artif Intell,9,2,85-112(2020)
[45] Olver,S.,解决Riemann-Hilbert问题的Julia包(2019),https://github.com/juliaholomorphic/riemannhilbert.jl
[46] 弗雷尔,P.J。;那不勒斯,A。;Ron,D.A。;斯宾勒,B。;安德森,M。;Schairer,W.,《降低光信道均衡中神经网络的计算复杂性:从概念到实现》,《光波技术杂志》,1-26(2023)
[47] 马尔库塞,D。;Manyuk,C。;Wai,P.K.A.,Manakov PMD方程在随机变化双折射光纤中信号传播研究中的应用,光波技术杂志,15,9,1735-1746(1997)
[48] Manakov,S.V.,《关于电磁波的二维稳态自聚焦理论》,Sov Phys-JETP,38,248-253(1974)
[49] Christiansen,P.L。;艾尔贝克,J.C。;Enolskii,V.Z。;Kozlov,N.A.,Manakov型耦合非线性Schr“odinger方程的准周期和周期解,Proc R Soc Lond Ser A Math Phys Eng Sci,4562263-2281(2000)·Zbl 0965.35157号
[50] Wu,L。;耿,Z。;He,G.,《Manakov层次结构的代数几何解》,Appl Ana,95,769-800(2016)·Zbl 1338.35384号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。