An effective wavelet neural network approach for solving first and second order ordinary differential equations

颂歌 常微分方程 人工神经网络 计算机科学 趋同(经济学) 数学优化 边值问题 应用数学 初值问题 微分方程 算法 数学 人工智能 数学分析 经济 经济增长
作者
Lee Sen Tan,Zarita Zainuddin,Pauline Ong,Farah Aini Abdullah
出处
期刊:Applied Soft Computing [Elsevier BV]
卷期号:154: 111328-111328
标识
DOI:10.1016/j.asoc.2024.111328
摘要

The development of efficient numerical methods for obtaining numerical solutions of first and second order ordinary differential equations (ODEs) is of paramount importance, given the widespread utilization of ODEs as a means of characterizing the behavior in various scientific and engineering disciplines. While various artificial neural networks (ANNs) approaches have recently emerged as potential solutions for approximating ODEs, the limited accuracy of existing models necessitates further advancements. Hence, this study presents a stochastic model utilizing wavelet neural networks (WNNs) to approximate ODEs. Leveraging the compact structure and fast learning speed of WNNs, an improved butterfly optimization algorithm (IBOA) is employed to optimize the adjustable weights, facilitating more effective convergence towards the global optimum. The proposed WNNs approach is then rigorously evaluated by solving first and second order ODEs, including initial value problems, singularly perturbed boundary value problems, and a Lane–Emden type equation. Comparative analyses against alternative training methods, other existing ANNs, and numerical techniques demonstrate the superior performance of the proposed method, affirming its efficiency and accuracy in approximating ODE solutions.
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