J 2024

An improved water strider algorithm for solving the inverse Burgers Huxley equation

MAZRAEH, Hassan Dana; Kourosh PARAND; Mehdi HOSSEINZADEH; Jan LÁNSKÝ; Vladimír NULÍČEK et al.

Basic information

Original name

An improved water strider algorithm for solving the inverse Burgers Huxley equation

Name in Czech

Vylepšený algoritmus vodního proužku pro řešení inverzní Burgersovy Huxleyho rovnice

Authors

MAZRAEH, Hassan Dana; Kourosh PARAND; Mehdi HOSSEINZADEH; Jan LÁNSKÝ and Vladimír NULÍČEK

Edition

Scientific Reports, Berlin, Springer Nature, 2024, 2045-2322

Other information

Language

English

Type of outcome

Article in a journal

Field of Study

10201 Computer sciences, information science, bioinformatics

Country of publisher

Germany

Confidentiality degree

is not subject to a state or trade secret

References:

Impact factor

Impact factor: 3.900

Marked to be transferred to RIV

Yes

RIV identification code

RIV/04274644:_____/24:#0001159

Organization unit

University of Finance and Administration

EID Scopus

Keywords (in Czech)

Burgersova-Huxleyho rovnice, algoritmus Water strider, genetický algoritmus, fyzikálně informovaný neuron sítě, Umělá inteligence

Keywords in English

Burgers-Huxley equation; Water strider algorithm; Genetic algorithm; Physics-informed neural networks; Artificial intelligence

Tags

International impact, Reviewed
Changed: 24/4/2025 10:35, Mgr. Jitka Štruncová

Abstract

In the original language

In this paper, we introduce an improved water strider algorithm designed to solve the inverse form of the Burgers-Huxley equation, a nonlinear partial differential equation. Additionally, we propose a physics-informed neural network to address the same inverse problem. To demonstrate the effectiveness of the new algorithm and conduct a comparative analysis, we compare the results obtained using the improved water strider algorithm against those derived from the original water strider algorithm, a genetic algorithm, and a physics-informed neural network with three hidden layers. Solving the inverse form of nonlinear partial differential equations is crucial in many scientific and engineering applications, as it allows us to infer unknown parameters or initial conditions from observed data. This process is often challenging due to the complexity and nonlinearity of the equations involved. Meta-heuristic algorithms and neural networks have proven to be effective tools in addressing these challenges. The numerical results affirm the efficiency of our proposed method in solving the inverse form of the Burgers-Huxley equation. The best results were obtained using the improved water strider algorithm and the physics-informed neural network with 10,000 iterations. With this iteration count, the mean absolute error of these algorithms is O(10−4). Additionally, the improved water strider algorithm is nearly four times faster than the physics-informed neural network. All algorithms were executed on a computing system equipped with an Intel(R) Core(TM) i7-7500U processor and 12.00 GB of RAM, and were implemented in MATLAB.

In Czech

V tomto článku představujeme zdokonalený algoritmus vodního průvodce určený k řešení inverzního tvaru Burgersovy-Huxleyho rovnice, nelineární parciální diferenciální rovnice. Kromě toho navrhujeme neuronovou síť s fyzikálními informacemi pro řešení stejného inverzního problému. Abychom demonstrovali efektivitu nového algoritmu a provedeme srovnávací analýzu, porovnáme výsledky získané pomocí vylepšeného algoritmu vodního proužku s výsledky odvozenými z původního algoritmu vodního proužku. algoritmu, genetického algoritmu a neuronové sítě s fyzikálními informacemi se třemi skrytými algoritmy. vrstvami. Řešení inverzního tvaru nelineárních parciálních diferenciálních rovnic má zásadní význam v mnoha vědeckých oborech. a inženýrských aplikacích, protože nám umožňuje odvodit neznámé parametry nebo počáteční podmínky z neznámých parametrů nebo počátečních podmínek. pozorovaných dat. Tento proces je často náročný vzhledem ke složitosti a nelinearitě rovnic. rovnic. Metaheuristické algoritmy a neuronové sítě se ukázaly být účinnými nástroji při řešení těchto problémů. Numerické výsledky potvrzují účinnost námi navržené metody při řešení inverzní formy Burgersovy-Huxleyho rovnice. Nejlepších výsledků bylo dosaženo při použití vylepšeného algoritmu vodního proužku a neuronové sítě s fyzikálními informacemi s 10 000 iteracemi. Při tomto počtu iterací je střední absolutní chyba těchto algoritmů O(10-4). Kromě toho vylepšený algoritmus water strider je téměř čtyřikrát rychlejší než neuronová síť s fyzikálními informacemi. Všechny algoritmy byly

Files attached