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A deep learning method based on prior knowledge with dual training for solving FPK equation
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作者 彭登辉 王神龙 黄元辰 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期250-263,共14页
The evolution of the probability density function of a stochastic dynamical system over time can be described by a Fokker–Planck–Kolmogorov(FPK) equation, the solution of which determines the distribution of macrosc... The evolution of the probability density function of a stochastic dynamical system over time can be described by a Fokker–Planck–Kolmogorov(FPK) equation, the solution of which determines the distribution of macroscopic variables in the stochastic dynamic system. Traditional methods for solving these equations often struggle with computational efficiency and scalability, particularly in high-dimensional contexts. To address these challenges, this paper proposes a novel deep learning method based on prior knowledge with dual training to solve the stationary FPK equations. Initially, the neural network is pre-trained through the prior knowledge obtained by Monte Carlo simulation(MCS). Subsequently, the second training phase incorporates the FPK differential operator into the loss function, while a supervisory term consisting of local maximum points is specifically included to mitigate the generation of zero solutions. This dual-training strategy not only expedites convergence but also enhances computational efficiency, making the method well-suited for high-dimensional systems. Numerical examples, including two different two-dimensional(2D), six-dimensional(6D), and eight-dimensional(8D) systems, are conducted to assess the efficacy of the proposed method. The results demonstrate robust performance in terms of both computational speed and accuracy for solving FPK equations in the first three systems. While the method is also applicable to high-dimensional systems, such as 8D, it should be noted that computational efficiency may be marginally compromised due to data volume constraints. 展开更多
关键词 deep learning prior knowledge fpk equation probability density function
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FPK方程的近似闭合解 被引量:7
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作者 戎海武 孟光 +2 位作者 王向东 徐伟 方同 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第3期95-98,共4页
讨论了FPK方程的近似闭合解问题。假设FPK方程的解具有指数多项式的形式 ,利用比较系数的方法确定其中待定的常数。计算表明 ,本方法适用于强非线性系统 ,在特殊情形下还能求出原方程的精确解。
关键词 fpk方程 近似闭合解 稳态概率密度 指数多项式 比较系数 强非线性系统 随机振动
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用差分法与超松弛迭代法求高维平稳FPK方程的解 被引量:9
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作者 黄志龙 张丽强 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期177-182,共6页
用不同精度的差分格式将高维平稳FPK方程离散化为线性代数方程组,然后用超松弛迭代法求解该线性代数方程组得到平稳FPK方程的近似解。讨论了不同的差分格式、网格密度及超松弛因子对解精度及收敛速度的影响,并与其他方法的计算精度进行... 用不同精度的差分格式将高维平稳FPK方程离散化为线性代数方程组,然后用超松弛迭代法求解该线性代数方程组得到平稳FPK方程的近似解。讨论了不同的差分格式、网格密度及超松弛因子对解精度及收敛速度的影响,并与其他方法的计算精度进行比较,提出用多重网格算法提高计算效率。研究了典型的二维及四维随机系统的稳态响应,算例表明,该算法具有简洁、节省存储量且精度高的特点,是求解高维平稳FPK方程解的有效算法。 展开更多
关键词 差分法 超松弛迭代法 fpk方程
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基于FPK方程的一类非线性问题辨识方法 被引量:5
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作者 赵正聪 吴志刚 +1 位作者 王本利 马兴瑞 《振动工程学报》 EI CSCD 1999年第3期354-359,共6页
一类受高斯白噪声激励的非线性动力学方程能通过求解对应的 F P K 方程得到精确稳态解。本文基于这一结果导出非线性恢复力与系统位移输出的概率度的关系,将动力学系统中非线性(恢复力的非线性)结构参数的辨识问题转化为求解系统... 一类受高斯白噪声激励的非线性动力学方程能通过求解对应的 F P K 方程得到精确稳态解。本文基于这一结果导出非线性恢复力与系统位移输出的概率度的关系,将动力学系统中非线性(恢复力的非线性)结构参数的辨识问题转化为求解系统的概率密度,是一种新的尝试,结果经数值仿真是可行的。但所研究系统限于单自由度非线性恢复力系统,其中线性部分的参数已知。 展开更多
关键词 非线性力学 动力学方程 参数识别 fpk方程
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求解非线性平稳随机振动FPK方程的小波数值方法 被引量:3
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作者 梅树立 张森文 雷廷武 《暨南大学学报(自然科学与医学版)》 CAS CSCD 2002年第1期28-33,共6页
详细推导了FPK方程的Shannon小波配点法数值计算格式 ,以杜芬振子为例给出了Shannon小波配点法求解FPK方程的完整过程 .所取得的数值结果表明 ,该方法可以得到与精确解非常吻合的结果 .这个方法可推广用于求解某些其他类型的偏微分方程 .
关键词 非线性平稳随机振动 fpk方程 小波数值方法 Shannon小波配点法 精确解 偏微分方程
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一维非线性系统FPK方程的TVD Runge-Kutta WENO型差分解 被引量:3
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作者 王文杰 封建湖 《动力学与控制学报》 2018年第3期206-210,共5页
首先研究了非线性随机动力系统所对应的Fokker-Planck-Kolmogorov(FPK)方程.其次,讨论了微分方程的三阶TVD Runge-Kutta关于时间的离散差分格式以及关于空间离散的五阶Weighted Essentially nonOscillatory(WENO)差分格式,并将其相结合... 首先研究了非线性随机动力系统所对应的Fokker-Planck-Kolmogorov(FPK)方程.其次,讨论了微分方程的三阶TVD Runge-Kutta关于时间的离散差分格式以及关于空间离散的五阶Weighted Essentially nonOscillatory(WENO)差分格式,并将其相结合,得到FPK方程的TVD Runge-Kutta WENO差分解,并与FPK方程的精确解进行了比较.数值结果表明,该方法具有良好的稳定性,且可以解决其他方法在概率密度峰值处偏小,而在尾部处较大等缺点. 展开更多
关键词 非线性系统 fpk方程 有限差分法 TVD龙格-库塔格式 ENO格式 WENO格式
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一类双线性系统受零均值平稳高斯白噪声激励时的FPK解 被引量:1
7
作者 王国砚 史宇炜 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2002年第1期20-23,15,共5页
本文首先在文献 [1]的基础上进一步分析研究了具有一般形式对称双线性恢复力的非线性系统受零均值平稳高斯白噪声激励时的FPK解 (即位移响应的概率密度函数 ) ;在此基础上 ,针对一类特殊的双线性系统给出了相应的FPK解。
关键词 双线性系统 随机振动 fpk 非线性系统 非线性恢复力 数值计算
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随机外激非线性系统FPK方程的四阶中心C-N型隐式差分解 被引量:2
8
作者 王文杰 徐伟 《动力学与控制学报》 2011年第2期139-142,共4页
研究了非线性随机动力系统所对应的Fokker-Planck-kolmogorov(FPK)方程.讨论了微分方程的可朗克(Crank)一尼考尔逊(Nicolson)型隐式有限差分格式以及微分的四阶中心差分格式,将两者相结合,得到FPK方程的四阶中心C-N隐式格式差分解,并与... 研究了非线性随机动力系统所对应的Fokker-Planck-kolmogorov(FPK)方程.讨论了微分方程的可朗克(Crank)一尼考尔逊(Nicolson)型隐式有限差分格式以及微分的四阶中心差分格式,将两者相结合,得到FPK方程的四阶中心C-N隐式格式差分解,并与FPK方程的精确解进行了比较.数值结果表明,该方法具有良好的稳定性,且可以解决其他方法在概率密度峰值处偏小,而在尾部处较大等缺点. 展开更多
关键词 非线性系统 fpk方程 有限差分法 可朗克-尼考尔逊隐式差分格式
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时变结构响应与时变动力可靠性分析的FPK法
9
作者 管昌生 卢坚 +1 位作者 杨绿峰 李桂青 《广西大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 1996年第1期74-79,共6页
用FPK法研究时变结构的动力响应及时变动力可靠性理论,并对时变抗震结构提出了基于FPK法的时变动力可靠度计算公式。
关键词 fpk 时变动力可靠性 时变结构 动力响应
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基于FPK方程的减摆器的非线性阻尼测试方法
10
作者 赵正聪 王本利 +2 位作者 王德利 郭景山 马兴瑞 《力学与实践》 CSCD 北大核心 1999年第2期46-48,共3页
受高斯白噪声外激的一阶非线性动力学方程能通过求解对应的FPK方程得到精确稳态解.本文基于这一结果导出减摆器非线性阻尼力与系统速度输出的概率结构的关系,将动力学系统中非线性阻尼力参数的测试问题转化测量系统的概率结构,并通... 受高斯白噪声外激的一阶非线性动力学方程能通过求解对应的FPK方程得到精确稳态解.本文基于这一结果导出减摆器非线性阻尼力与系统速度输出的概率结构的关系,将动力学系统中非线性阻尼力参数的测试问题转化测量系统的概率结构,并通过仿真进行了验证. 展开更多
关键词 减摆器 飞机 机轮 fpk方程 摆振 测试
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FPK法在集总参数系统随机温度研究中的应用
11
作者 胡亚才 王世锋 樊建人 《上海理工大学学报》 CAS 北大核心 2001年第3期241-243,共3页
应用FPK法研究了集总参数系统在对流和辐射环境下温度随机变化的规律. 设激励是均值为0的白噪声且系统参数为常量. 在与环境对流换热时,系统随机温度的均值不变,方差与系统时间常数的平方根成反比;在与环境辐射换热时,系统随机温度一般... 应用FPK法研究了集总参数系统在对流和辐射环境下温度随机变化的规律. 设激励是均值为0的白噪声且系统参数为常量. 在与环境对流换热时,系统随机温度的均值不变,方差与系统时间常数的平方根成反比;在与环境辐射换热时,系统随机温度一般不呈正态分布,其中均值,均方值还与系统确定性温度有关. 由此可知,当存在随机激励时,用有热惯性的测温系统精确测定动态温度是不可能的. 展开更多
关键词 集总参数系统 随机温度 fpk
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有限元线法在解FPK方程中的应用 被引量:1
12
作者 冯志勇 曾子平 《非线性动力学学报》 1998年第1期23-27,共5页
本文首次将有限元线法(FEMOL)引入到非一性随机振动领域,给出了相应的单元特性的计算格式,探索了求FPK方程的方法,并以船舶侧摆运动和Duffing为例进行了必要的讨论。计算结果表明,用有限元线法求解非线性随机振动... 本文首次将有限元线法(FEMOL)引入到非一性随机振动领域,给出了相应的单元特性的计算格式,探索了求FPK方程的方法,并以船舶侧摆运动和Duffing为例进行了必要的讨论。计算结果表明,用有限元线法求解非线性随机振动问题,较有限 法有所需内存小、计算精度好的效率高的优点。 展开更多
关键词 非线性 随机振动 fpk方程 有限元线法
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应用FPK方程分析非线性缓冲结构的可靠性
13
作者 宋宝丰 陈莘莘 《包装工程》 CAS CSCD 北大核心 2004年第4期151-153,共3页
 分析了振动性冲击载荷属于一种窄带随机振动过程,其特点符合马尔柯夫随机过程的条件。然后,可以通过FPK(Foker Planck Kolmogorov)方程表达式,求出缓冲包装结构在受振动性冲击载荷作用下响应参数在某个时刻的条件概率密度函数。最后,...  分析了振动性冲击载荷属于一种窄带随机振动过程,其特点符合马尔柯夫随机过程的条件。然后,可以通过FPK(Foker Planck Kolmogorov)方程表达式,求出缓冲包装结构在受振动性冲击载荷作用下响应参数在某个时刻的条件概率密度函数。最后,根据可靠性理论及其概率分析方法,求得以概率表示的缓冲结构的可靠度。 展开更多
关键词 设计可靠度 包装缓冲结构 fpk方程应用
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非线性时变结构时变动力可靠性分析的FPK法
14
作者 李创第 黄任常 陈肖萍 《广西工学院学报》 CAS 1999年第4期14-19,共6页
本文研究了一类多自由度非线性时变结构的振动模型,用FPK法得出了体系的位移与速度响应的平稳联合概率密度函数的解析解,提出了基于Possion 假设的时变动力可靠性的一整套计算公式;作为例子,给出了任意非线性刚度的单自... 本文研究了一类多自由度非线性时变结构的振动模型,用FPK法得出了体系的位移与速度响应的平稳联合概率密度函数的解析解,提出了基于Possion 假设的时变动力可靠性的一整套计算公式;作为例子,给出了任意非线性刚度的单自由度时变结构时变动力可靠性的解析解,并将其特例情况- Duffing 体系的动力响应和超越率结果与现有理论解作了比较;本文方法对结构维护与评估有广泛应用价值。 展开更多
关键词 可靠性 fpk 非线性时变结构 动力可靠性
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加性非平稳激励下结构速度响应的FPK方程降维 被引量:6
15
作者 芮珍梅 陈建兵 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期922-931,共10页
结构在随机激励下的非线性响应分析是具有高度挑战性的困难问题.对于白噪声或过滤白噪声激励,求解FPK方程将获得结构响应的精确解.遗憾的是,对于非线性多自由度系统,FPK方程难以直接求解.事实上,其数值解法严重受限于方程维度,而解析求... 结构在随机激励下的非线性响应分析是具有高度挑战性的困难问题.对于白噪声或过滤白噪声激励,求解FPK方程将获得结构响应的精确解.遗憾的是,对于非线性多自由度系统,FPK方程难以直接求解.事实上,其数值解法严重受限于方程维度,而解析求解则仅适用于少数特定的系统,且多是稳态解.因此,将FPK方程进行降维,是求解高维随机动力响应分析问题的重要途径.本文针对幅值调制的加性白噪声激励下多自由度非线性结构的非平稳随机响应分析问题,将联合概率密度函数满足的高维FPK方程进行降维.针对结构速度响应概率密度函数求解,通过引入等价漂移系数,原FPK方程可转化为一维FPK型方程.建议了构造等价漂移系数的条件均值函数方法.进而,采用路径积分方法求解降维FPK型方程,得到速度概率密度函数的数值解答.结合单自由度Rayleigh振子、十层线性剪切型框架和非线性剪切型框架结构在幅值调制的加性白噪声激励下的非平稳速度响应求解,讨论了本文方法的精度和效率,验证了其有效性. 展开更多
关键词 幅值调制 白噪声 fpk方程 降维 非线性
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二阶FPK方程的概率密度演化分析 被引量:3
16
作者 孙鹏 刘建华 +1 位作者 姜文安 吴杰 《江西科学》 2018年第5期709-715,736,共8页
给出求解二阶FPK方程的一种隐式有限差分格式,研究了四类不同振子的非平稳解。基于隐式有限差分格式,考察了各系统的瞬态概率密度函数,研究了边缘概率密度函数和联合概率密度函数随时间的演化历程。利用Monte Carlo数值仿真验证了本文... 给出求解二阶FPK方程的一种隐式有限差分格式,研究了四类不同振子的非平稳解。基于隐式有限差分格式,考察了各系统的瞬态概率密度函数,研究了边缘概率密度函数和联合概率密度函数随时间的演化历程。利用Monte Carlo数值仿真验证了本文近似方法的正确性。 展开更多
关键词 fpk方程 瞬态解 有限差分法 MONTE Carlo仿真
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用矩阵连分法求解非平稳的FPK方程 被引量:1
17
作者 方丹萍 张惠侨 范祖尧 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1989年第4期78-89,共12页
FPK方程是求解系统响应概率结构的关键方程,目前其解析解还只限于线性系统响应和少数几种特殊情况非线性系统的平稳响应过程。本文以正交函数展开法为基础,选择了FPK方程的部分算子作为解的展开函数系,同时根据系数方程最小耦合关系式... FPK方程是求解系统响应概率结构的关键方程,目前其解析解还只限于线性系统响应和少数几种特殊情况非线性系统的平稳响应过程。本文以正交函数展开法为基础,选择了FPK方程的部分算子作为解的展开函数系,同时根据系数方程最小耦合关系式的初始值问题和特征值问题及其两者的关系,提出了求解振动系统转移概率密度函数的近似方法。最后,以Duffin方程为例给出了非线性系统非平稳过程FPK方程的求解过程。计算结果表明,矩阵连分法收敛快、方法规则且精度高,能适用于各种非线性势场。 展开更多
关键词 矩阵连分法 fpk方程 随机振动
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A data-based CR-FPK method for nonlinear structural dynamic systems 被引量:3
18
作者 Jie Li Zhongming Jiang 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS CSCD 2018年第4期231-244,298,共15页
Stochastic dynamic analysis of the nonlinear system is an open research question which has drawn many scholars'attention for its importance and challenge.Fokker–Planck–Kolmogorov(FPK)equation is of great signifi... Stochastic dynamic analysis of the nonlinear system is an open research question which has drawn many scholars'attention for its importance and challenge.Fokker–Planck–Kolmogorov(FPK)equation is of great significance because of its theoretical strictness and computational accuracy.However,practical difficulties with the FPK method appear when the analysis of multi-degree-offreedom(MDOF)with more general nonlinearity is required.In the present paper,by invoking the idea of equivalence of probability flux,the general high-dimensional FPK equation related to MDOF system is reduced to one-dimensional FPK equation.Then a cell renormalized method(CRM)which is based on the numerical reconstruction of the derived moments of FPK equation is introduced by coarsening the continuous state space into a discretized region of cells.Then the cell renormalized FPK(CR-FPK)equation is solved by difference method.Three numerical examples are illustrated and the effectiveness of proposed method is assessed and verified. 展开更多
关键词 DATA-DRIVEN COMPUTATIONAL MECHANICS fpk equation DIMENSION reduction Cell RENORMALIZATION MODEL-FREE
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随机动力学中FPK方程的径向基点插配点方法求解
19
作者 刘欣 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第3期370-375,共6页
应用径向基点插配点方法对随机动力学中的FPK方程进行了求解。所求未知函数的空间插值采用径向基点插近似,而时间导数离散采用差分格式,建立具有带宽特性的代数方程,采用逐次超松弛迭代法(SOR)有效地求解所得到的代数方程。针对线性振... 应用径向基点插配点方法对随机动力学中的FPK方程进行了求解。所求未知函数的空间插值采用径向基点插近似,而时间导数离散采用差分格式,建立具有带宽特性的代数方程,采用逐次超松弛迭代法(SOR)有效地求解所得到的代数方程。针对线性振子和杜芬振子问题的FPK方程进行了具体的数值求解,计算结果表明了方法的有效性,尤其是散点模型的计算结果表明该方法具有比其它有网格数值方法对非规则离散模型适应性更强的优点。 展开更多
关键词 随机动力学 fpk方程 径向基点插配点方法 薄板样条 无网格法
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Local Galerkin Method for the Approximate Solutions to General FPK Equations
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作者 Er Guokang (Civil Engineering Institute, Southwest Jiaotong University Faculty of Science and Technology, University of Macao) 《Advances in Manufacturing》 SCIE CAS 1999年第1期25-29,共5页
In this paper, the method proposed recently by the author for the solution of probability density function (PDF) of nonlinear stochastic systems is presented in detail and extended for more general problems of stochas... In this paper, the method proposed recently by the author for the solution of probability density function (PDF) of nonlinear stochastic systems is presented in detail and extended for more general problems of stochastic differential equations (SDE), therefore the Fokker Planck Kolmogorov (FPK) equation is expressed in general form with no limitation on the degree of nonlinearity of the SDE, the type of δ correlated excitations, the existence of multiplicative excitations, and the dimension of SDE or FPK equation. Examples are given and numerical results are provided for comparing with known exact solution to show the effectiveness of the method. 展开更多
关键词 stochastic differential equations probability density function fpk equation approximate PDF solution local Galerkin method
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