Solução da equação eikonal com redes neurais informadas por física e redes de Kolmogorov-Arnold

dc.contributor.advisorBarros, Tiago Tavares Leite
dc.contributor.advisor-co1Araújo, Ramon Cristian Fernandes
dc.contributor.authorOliveira, Vinicius Paiva de
dc.contributor.referees1Corso, Gilberto
dc.contributor.referees2Silva, Sérgio Luiz Eduardo Ferreira da
dc.date.accessioned2025-07-14T17:16:57Z
dc.date.available2025-07-14T17:16:57Z
dc.date.issued2025-07-09
dc.description.abstractThis work presents an innovative approach for solving the Eikonal Equation, fun- damental for seismic modeling, using a hybrid neural network that combines Physics- Informed Neural Networks (PINNs) and Kolmogorov-Arnold Networks (KANs). The central objective was to develop a model capable of learning the solution of the partial differential equation by incorporating the laws of physics directly into its loss function. The data for training and validation were numerically generated using the PyKonal li- brary for a heterogeneous two-dimensional velocity model. The methodology evaluated two types of datasets: Type I, with concentrated seismic sources in a specific region, and Type II, with sources distributed throughout the entire grid domain to test the model’s generalization capability. The results for the Type I dataset demonstrated high accuracy, with a coefficient of determination of 0.9934, but failed to generalize to sources outside the training area. In contrast, the model trained with the Type II dataset mitigated the ge- neralization problem, obtaining consistent predictions across the entire grid. The analysis revealed that the spatial distribution of the samples is a crucial factor for performance, at times more impactful than the sampling density. The study suggests that the PINN-KAN architecture is a viable and promising alternative for the solution of the Eikonal Equation, with the caveat that the training data sampling strategy is fundamental to ensuring the generalization and accuracy of the solution.
dc.description.resumoEste trabalho apresenta uma abordagem inovadora para a resolução da Equação Ei- konal, fundamental para a modelagem sísmica, utilizando uma rede neural híbrida que combina Physics-Informed Neural Networks (PINNs) e Kolmogorov-Arnold Networks (KANs). O objetivo central foi desenvolver um modelo capaz de aprender a solução da equação diferencial parcial, incorporando as leis da física diretamente em sua função de perda. Os dados para treinamento e validação foram gerados numericamente através da biblioteca PyKonal para um modelo de velocidade bidimensional heterogêneo. A metodo- logia avaliou dois tipos de conjuntos de dados: o Tipo I, com fontes sísmicas concentradas em uma região específica, e o Tipo II, com fontes distribuídas por todo o domínio do grid para testar a capacidade de generalização do modelo. Os resultados para o conjunto do Tipo I demonstraram alta acurácia, com um coeficiente de determinação de 0,9934, mas falharam em generalizar para fontes fora da área de treinamento. Em contrapartida, o mo- delo treinado com o conjunto do Tipo II mitigou o problema de generalização, obtendo predições consistentes em todo o grid. A análise revelou que a distribuição espacial das amostras é um fator crucial para a performance, por vezes mais impactante que a den- sidade de amostragem. O estudo sugere que a arquitetura PINN-KAN é uma alternativa viável e promissora para a solução da Equação Eikonal, com a ressalva de que a estratégia de amostragem dos dados de treinamento é fundamental para garantir a generalização e a precisão da solução.
dc.identifier.citationOLIVEIRA, Vinicius Paiva de. Solução da equação eikonal com redes neurais informadas por física e redes de Kolmogorov-Arnold. 2025. 37 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação) - Departamento de Engenharia da Computação e Automação, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/64334
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisher.countryBrazil
dc.publisher.departmentDepartamento de Engenharia de Computação e Automação
dc.publisher.initialsUFRN
dc.publisher.programEngenharia de Computação
dc.rightsAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
dc.subjectEquação Eikonal
dc.subjectPhysics-Informed Neural Networks (PINN)
dc.subjectKolmogorov- Arnold Networks (KAN)
dc.subjectModelagem Sísmica
dc.subjectAprendizado Profundo.
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA
dc.titleSolução da equação eikonal com redes neurais informadas por física e redes de Kolmogorov-Arnold
dc.typebachelorThesis

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