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有限加权图上非局部微积分的数值分析,及其在动力系统降阶建模中的应用。 (英语) Zbl 1507.65291号

摘要:我们提出了一种降阶建模方法,该方法基于最近的图形理论工作,用于表示、探索和分析物理系统的计算状态[R.班纳吉等,计算。方法应用。机械。工程351、501–530(2019年;兹比尔1441.35249)]. 我们扩展了有限加权图上的非局部演算,利用多项式展开和泰勒级数来建立此类模型。在图的非局部微积分的一般框架中,图的边权重与图的嵌入以及导数的定义密切相关。在以前的通信中[M.Duschenes先生K.加里基帕蒂,“使用有限加权图上的非局部演算从物理系统计算状态得到的降阶模型”,预印本,arXiv:2105.01740],我们已经表明,与相应的局部微分导数定义相比,由例如高斯函数导出的径向对称连续边权重在生成的非局部导数中产生了不一致的结果。受有限差分方法的启发,考虑到每个图顶点的局部邻域的嵌入,我们用算法计算边缘权重。考虑到这一过程,我们确保了在这种情况下非局部导数的一致性,这是数值应用的关键要求。我们表明,在选定的维度中,在基础数据中没有对称假设的情况下,我们可以实现导数的任何期望精度。最后,我们给出了两个使用这种非局部微积分从复杂度越来越高的抛物型偏微分方程中提取降阶模型的示例应用,其形式为常微分方程。

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65页99 动力系统中的数值问题
35卢比 图和网络(分支或多边形空间)上的PDE
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参考文献:

[1] 本纳,P。;古吉丁,S。;Willcox,K.,参数动力系统基于投影的模型简化方法综述,SIAM Rev.,57,4,483-531(2015)·Zbl 1339.37089号
[2] Askham,T。;Kutz,J.N.,优化动态模式分解的变量投影方法,SIAM J.Appl。动态。系统。,17, 1, 380-416 (2018) ·Zbl 1384.37122号
[3] Gorban,A.N。;Kazantzis,N.K。;Kevrekidis,I.G。;奥廷格,H.C。;Theodoropoulos,C.,多尺度现象的模型简化和粗训练方法(2006),Springer·Zbl 1129.82005年
[4] 卡尔滕巴赫,S。;Koutsourelakis,P.-S.,《将物理约束纳入粗粒度动力系统的深层概率机器学习框架》,J.Compute。物理。,419,第109673条pp.(2020)·兹伯利07507234
[5] Bai,Z。;Su,Y.,通过二阶Arnoldi方法对大型二阶动力系统进行降维,SIAM J.Sci。计算。,26, 5, 1692-1709 (2005) ·兹比尔1078.65058
[6] 雷加·G。;Troger,H.,动力学系统的降维:方法、模型、应用,非线性动力学。,41, 1, 1-15 (2005) ·Zbl 1142.37320号
[7] 弗罗兰德,G。;Junge,O.,《使用分散、稀疏和不完整轨迹的基于FEM的有限时间相干集稳健提取》,SIAM J.Appl。动态。系统。,17, 2, 1891-1924 (2018) ·Zbl 1408.37139号
[8] 塞内德斯,M。;阿克斯,J。;Bäuerlein,B。;阿维拉,K。;Haller,G.,通过谱子流形对非线性动力学进行数据驱动建模和预测,自然通讯。,13, 1, 1-13 (2022)
[9] Banerjee,R。;Sagiyama,K。;Teichert,G。;Garikipati,K.,物理系统计算状态表示、探索和分析的图论框架,计算。方法应用。机械。工程,351,501-530(2019)·Zbl 1441.35249号
[10] Kochunas,B。;Garikipati,K。;Duschenes,M。;Folk,T.,《节点截面参数化的图论方法》(2020),arXiv:2010.09683[physics.comp-ph]
[11] Gilboa,G。;Osher,S.,图像处理应用的非局部算子,多尺度模型。模拟。,7, 3, 1005-1028 (2008) ·Zbl 1181.35006号
[12] Desquesnes,X。;Elmoataz,A。;Lézoray,O.,《加权图上的Eikonal方程自适应:局部和非局部图像和数据处理的快速几何扩散过程》,J.Math。成像视觉。,46, 238-257 (2013) ·Zbl 1310.94017号
[13] 海因,M。;奥迪伯特,J。;von Luxburg,U.,图拉普拉斯算子及其在随机邻域图上的收敛性,J.Mach。学习。第8号决议,1325-1368(2007年)·Zbl 1222.68215号
[14] West,D.,图论导论(2001),培生教育:纽约培生教育
[15] Newman,M.,《网络》(2010),牛津大学出版社·Zbl 1195.94003号
[16] 埃尔莫塔兹,A。;Lezoray,O。;Bougleux,S.,加权图上的非局部离散正则化:图像和流形处理框架,IEEE Trans。图像处理。,17, 7, 1047-1060 (2008)
[17] Lozes,F。;Elmoataz,A。;Lezoray,O.,曲面和点云图像处理加权图上的部分差分算子,IEEE Trans。图像处理。,23, 9, 3896-3909 (2014) ·Zbl 1374.94237号
[18] Duschenes,M。;Garikipati,K.,使用有限加权图上的非局部微积分计算物理系统状态的降阶模型(2021),arXiv:2105.01740[math.NA]
[19] Turner,L.R.,Vandermonde矩阵的逆及其应用技术。众议员,1-17(1966),美国宇航局刘易斯研究中心:俄亥俄州克利夫兰宇航局刘易斯研究中心
[20] Pugliese,P。;艾森伯格,A。;Salerno,N.,《整数节点上的Vandermonde矩阵:整数节点上Numerische Mathematik Vandermonte矩阵的矩形情况:矩形情况,Numer》。数学。(2000)
[21] 艾伦,S.M。;Cahn,J.W.,《反相边界运动微观理论及其在反相边界粗化中的应用》,《金属学报》。,27, 1085-1091 (1979)
[22] 卡恩,J。;Hilliard,J.,《非均匀系统的自由能》。I.界面自由能,J.Chem。物理。,28, 2, 258-267 (1958) ·Zbl 1431.35066号
[23] Toupin,R.,弹性材料与对应力,Arch。定额。机械。分析。,11, 1, 385-414 (1962) ·Zbl 0112.16805号
[24] Rudraraju,S。;范德文,A。;Garikipati,K.,有限应变下Toupin梯度弹性理论一般边值问题的三维等几何解,计算。方法应用。机械。工程,278705-728(2014)·Zbl 1423.74105号
[25] Teichert,G。;Rudraraju,S。;Garikipati,K.,《应用于界面运动和微观结构演化的材料配置的变分处理》,J.Mech。物理学。固体,99,338-356(2017)
[26] 鲁德拉朱,S。;范德文,A。;Garikipati,K.,《机械化学旋节分解:多组分晶体固体相变的唯象理论》,Npj Compute。材料。,2016年2月2日,第16012页,第1-9页
[27] Sagiyama,K。;鲁德拉朱,S。;Garikipati,K.,机械化学旋节分解驱动的固态相变的无条件稳定二阶精确方案,计算。方法应用。机械。工程,311556-575(2016)·Zbl 1439.74242号
[28] Sagiyama,K。;Garikipati,K.,梯度调节非凸有限应变弹性模拟马氏体相变的无条件稳定二阶格式,计算。方法应用。机械。工程,338597-617(2018)·Zbl 1440.74265号
[29] 张,X。;Garikipati,K.,《机器学习材料物理:多分辨率神经网络学习演化微观结构的自由能和非线性弹性响应》,计算。方法应用。机械。工程,372,第113362条pp.(2020)·Zbl 1506.74243号
[30] de Groot,S。;Mazur,P.,《非平衡热力学》(1984),多佛·Zbl 1375.82004年
[31] 王,Z。;欢,X。;Garikipati,K.,《控制模式形成物理的偏微分方程的变分系统识别:在不同保真度和噪声下的推断》,计算。方法应用。机械。工程,35644-74(2019)·Zbl 1441.65071号
[32] 吕杰。;Y.,F.,使用正则化最小二乘进行模型选择和稀疏恢复的统一方法,Ann.Statist。,37、6A、3498-3528(2009)·Zbl 1369.62156号
[33] Tibshirani,R.,通过Lasso,J.R.Stat.Soc.Ser.回归收缩和选择。B统计方法。,58, 1, 267-288 (1996) ·Zbl 0850.62538号
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