陈浩 使用线性多步方法的非线性动力系统的数据驱动稀疏辨识。 (英语) Zbl 1515.65318号 卡尔科洛 60,第1号,第11号论文,第26页(2023年). 摘要:线性多步方法(LMM)是求解微分方程正问题的常用时间离散化方法。最近,LMM和深度神经网络被证明能够从数据中成功地发现动力学系统。在这项工作中,我们提出了一类基于LMM的稀疏回归方法来发现非线性动力系统。该工作建立在非线性动力学(SINDy)稀疏辨识框架的基础上[S.L.布鲁顿等,Proc。国家。阿卡德。科学。美国113,第15号,3932–3937(2016;Zbl 1355.94013号)],允许对控制方程进行封闭形式的表达,因此产生的数据驱动模型可以深入了解基础物理。与标准SINDy算法相比,所提出的基于LMM的SINDy方法能够从具有广泛噪声水平的数据中更准确和鲁棒地恢复模型,而不需要逐点导数近似和传统噪声滤波。数值结果表明了该方法的有效性。 理学硕士: 65页99 动力系统中的数值问题 65升06 常微分方程的多步、Runge-Kutta和外推方法 62J99型 线性推断、回归 37M10个 动力系统的时间序列分析 关键词:数据驱动的发现;非线性动力学;稀疏回归;广义最小二乘法;线性多步法 引文:兹比尔1355.94013 软件:罗德斯;PDE-网络;乐团-SINDy PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{H.Chen},Calcolo 60,第1号,第11号论文,第26页(2023年;Zbl 1515.65318) 全文: 内政部 参考文献: [1] 两者,G-J;乔杜里,S。;Sens,P。;Kusters,R.,DeepMod:噪声数据中模型发现的深度学习,J.Compute。物理。,428 (2021) ·Zbl 07511423号 [2] 布鲁顿,SL;Kutz,JN,《数据驱动科学与工程:机器学习、动态系统和控制》(2019),剑桥:剑桥大学出版社,剑桥·Zbl 1407.68002号 [3] 布鲁顿,SL;Proctor,JL公司;Kutz,JN,通过非线性动力系统的稀疏识别从数据中发现控制方程,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,113,3932-3937(2016)·兹比尔1355.94013 [4] Cortiella,A。;公园,K-C;Doostan,A.,通过重加权(l_1)正则最小二乘法对非线性动力系统进行稀疏辨识,计算。方法应用。机械。工程,376(2021)·Zbl 1506.37104号 [5] 杜琪。;顾毅。;Yang,H.等人。;周,C.,《通过线性多步方法和深度学习发现动力学:误差估计》,SIAM J.Numer。分析。,60, 2014-2045 (2022) ·Zbl 1506.65105号 [6] 法塞尔,美国。;JN库茨;布伦顿,BW;Brunton,SL,Ensemble-SINDy:低数据、高噪声极限下的稳健稀疏模型发现,具有主动学习和控制,Proc。R.Soc.A,47820210904(2021) [7] 甘德,W。;甘德,M。;Kwok,F.,《科学计算:使用Maple和MATLAB的简介》(2014),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 1296.65001号 [8] 戈亚尔,P。;Benner,P.,《使用Runge-Kutta启发的基于字典的稀疏回归方法发现非线性动力系统》,Proc。R.Soc.A,47820210883(2022) [9] 海尔,E。;Wanner,G.,《求解常微分方程I.非刚性问题》(1996),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 0859.65067号 [10] 海尔,E。;Wanner,G.,《求解常微分方程II》。刚性和微分代数问题(1996),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 0859.65067号 [11] 哈里姆·J。;Jiang,西南;Liang,S。;Yang,H.,缺失动力学预测的机器学习,J.Compute。物理。,428 (2021) ·Zbl 07511409号 [12] 密歇根州约旦;Mitchell,TM,机器学习:趋势、观点和前景,科学,349255-260(2015)·Zbl 1355.68227号 [13] 康,SH;Liao,W。;Liu,Y.,IDENT:用数值时间演化识别微分方程,J.Sci。计算。,87, 1 (2021) ·Zbl 1467.65102号 [14] 卡里亚,T。;Kurata,H.,广义最小二乘法(2004),纽约:威利,纽约·Zbl 1057.62049号 [15] 凯勒,RT;Du,Q.,《使用线性多步方法发现动力学》,SIAM J.Numer。分析。,59, 429-455 (2021) ·Zbl 1466.65050号 [16] 长,Z。;卢,Y。;Dong,B.,pde-net 2.0:使用数字符号混合深度网络从数据中学习pde,J.Compute。物理。,399, 108925 (2019) ·Zbl 1454.65131号 [17] 卢·F。;钟,M。;Tang,S.,基于轨迹数据的智能体系统交互规律的非参数推理,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,11614424-14433(2019)·Zbl 1431.62122号 [18] 新墨西哥州曼甘;JN库茨;布鲁顿,SL;Proctor,JL,《通过稀疏回归和信息准则进行动力系统模型选择》,Proc。R.Soc.A,47320170009(2017)·Zbl 1404.65308号 [19] Marx,V.,《生物学:大数据的巨大挑战》,《自然》,498255-260(2013) [20] DA信使;Bortz,DM,Weak SINDy:基于Galerkin的数据驱动模型选择,多尺度模型。模拟。,19, 1474-1497 (2021) ·Zbl 1512.65163号 [21] DA信使;Bortz,DM,偏微分方程的弱SINDy,J.Compute。物理。,443 (2021) ·Zbl 07515424号 [22] 秦,T。;Wu,K。;Xiu,D.,使用深度神经网络的数据驱动控制方程近似,J.Compute。物理。,395, 620-635 (2019) ·兹比尔1455.65125 [23] 莱斯,M。;Karniadakis,GE,《隐藏物理模型:非线性偏微分方程的机器学习》,J.Compute。物理。,357, 125-141 (2018) ·Zbl 1381.68248号 [24] 莱斯,M。;佩迪卡里斯,P。;通用电气公司Karniadakis,《利用噪声多义性数据推断微分方程解》,J.Compute。物理。,335, 736-746 (2017) ·Zbl 1382.65229号 [25] 莱斯,M。;佩迪卡里斯,P。;Karniadakis,GE,使用高斯过程的线性微分方程的机器学习,计算机J。物理。,348, 683-693 (2017) ·Zbl 1380.68339号 [26] Raissi,M.,Perdikaris,P.,Karniadakis,G.E.:非线性动力系统数据驱动发现的多步神经新作品。arXiv:1801.01236(2018) [27] 鲁迪,SH;布鲁顿,SL;普克托,JL;Kutz,JN,偏微分方程的数据驱动发现,科学。高级,3(2017) [28] 鲁迪,SH;Alla,A。;布鲁顿,SL;Kutz,JN,参数偏微分方程的数据驱动识别,SIAM J.Appl。动态。系统。,18, 643-660 (2019) ·Zbl 1456.65096号 [29] 鲁迪,SH;JN库茨;Brunton,SL,《动力学深度学习和带时间步进约束的信号-噪声分解》,J.Compute。物理。,396, 483-506 (2019) ·Zbl 1452.68170号 [30] Schaeffer,H.,通过数据发现和稀疏优化学习偏微分方程,Proc。R.Soc.A,47320160446(2017)·Zbl 1404.35397号 [31] 谢弗,H。;McCalla,SG,通过积分选择稀疏模型,Phys。E版,96(2017) [32] 谢弗,H。;Tran,G。;Ward,R.,《从有限数据中提取稀疏高维动力学》,SIAM J.Appl。数学。,78, 3279-3295 (2018) ·Zbl 1405.62127号 [33] 谢弗,H。;Tran,G。;沃德,R。;Zhang,L.,用极少量样本的稀疏优化提取结构化动力系统,多尺度模型。模拟。,18, 1435-1461 (2020) ·Zbl 1528.65035号 [34] 施密特,M。;Lipson,H.,《从实验数据中提取自由形式自然法则》,《科学》,32481-85(2009) [35] Tibshirani,R.,《通过套索进行回归收缩和选择》,J.R.Stat.Soc.B,58,267-288(1996)·Zbl 0850.62538号 [36] Tipireddy,R.,Perdikaris,P.,Stinis,P.,Tartakovsky,A.:用于学习未知动力学和本构关系的基于物理的神经网络模型的比较研究。arXiv:1904.04058,(2019) [37] Tran,G。;Ward,R.,从高度破坏的数据中精确恢复混沌系统,多尺度模型。模拟。,15, 1108-1129 (2017) [38] Wang,W-X;Yang,R。;赖,Y-C;科瓦尼斯,V。;Grebogi,C.,通过压缩感知预测非线性动力系统中的灾难,物理学。修订稿。,106 (2011) [39] Wu,K。;Xiu,D.,《使用数据逼近控制方程的数值方面》,J.Compute。物理。,384, 200-221 (2019) ·Zbl 1451.65008号 [40] Wu,K。;Xiu,D.,模态空间中偏微分方程的数据驱动深度学习,J.Compute。物理。,408 (2020) ·Zbl 07505629号 [41] Wu,K。;秦,T。;Xiu,D.,从轨迹数据重建未知哈密顿系统的结构保持方法,SIAM J.Sci。计算。,42,A3704-A3729(2020)·Zbl 1462.65219号 [42] 谢,X。;张,G。;Webster,CG,使用深层多步神经网络的流体非构造推理降阶模型,数学,7757(2019) [43] 张,L。;Schaeffer,H.,关于SINDy算法的收敛性,多尺度模型。模拟。,17, 948-972 (2019) ·Zbl 1437.37108号 [44] 张,S。;Lin,G.,《用误差棒控制物理定律的稳健数据驱动发现》,Proc。R.Soc.A,47420180305(2018)·Zbl 1407.62267号 [45] 张,S。;Lin,G.,SubTSBR处理数据驱动微分方程发现的高噪声和异常值,J.Compute。物理。,428 (2021) ·Zbl 07511413号 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。