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DEIM-Tucker张量交叉算法及其在动力学低阶近似中的应用。 (英语) Zbl 07839742号

小结:我们介绍了一种塔克张量交叉近似方法,该方法通过对纤维稀疏采样来构造d维张量的低阶表示。使用离散经验插值法(DEIM)选择这些光纤。我们提出的算法称为DEIM光纤采样(DEIM-FS公司). 对于(mathcal{O}(N^d)张量的秩-(r)近似,DEIM-FS公司只需要访问(dNr^{d-1})张量条目,这是一个沿着每个模式与张量大小线性缩放的要求。我们证明了这一点DEIM-FS公司以显著降低的成本实现了接近于通过高阶奇异值分解获得的Tucker-tensor近似的近似精度。我们还介绍DEIM-FS公司(迭代)它不需要访问目标张量展开的奇异向量,可以被视为黑盒Tucker张量算法。我们雇佣DEIM-FS公司降低使用动态低阶近似(DLRA)求解非线性张量微分方程(TDE)的计算成本。当右侧张量的精确秩较大时,求解DLRA方程的计算成本可能会变得难以承受。这个问题在许多TDE中出现,尤其是在涉及非多项式非线性的情况下,其中右侧张量具有满秩。这就需要存储和计算大小为的张量。我们证明了这一点DEIM-FS公司通过动态构建右侧张量的低秩Tucker近似,为DLRA节省了大量计算量。使用的另一个优点DEIM-FS公司是为了大大简化DLRA方程的实现,而不管TDE的类型如何。我们通过几个例子,包括求解高维偏微分方程,证明了算法的有效性。

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65层55 低阶矩阵逼近的数值方法;矩阵压缩
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参考文献:

[1] 科尔达·T·G。;Bader,B.W.,张量分解与应用,SIAM Rev.,51,3,455-500,2009·Zbl 1173.65029号
[2] Grasedyck,L。;Kressner,D。;Tobler,C.,低阶张量近似技术的文献综述,GAMM-Mitt。,36, 1, 53-78, 2013 ·Zbl 1279.65045号
[3] Tucker,L.R.,关于三模因子分析的一些数学注释,Psycholometrika,311279-3111966
[4] Harshman,R.A.,《PARAFAC程序的基础:“解释性”多模态因子分析的模型和条件》,加州大学洛杉矶分校语音学工作论文,16,1-84,1970
[5] Grasedyck,L.,张量的层次奇异值分解,SIAM J.矩阵分析。申请。,31, 4, 2029-2054, 2010 ·Zbl 1210.65090号
[6] Oseledets,I.V.,张量-应变分解,SIAM J.Sci。计算。,33, 5, 2295-2317, 2011 ·Zbl 1232.15018号
[7] 阿什蒂亚尼,S.Z。;Malik,M.R。;Babaee,H.,《使用时间相关基对瞬态模拟数据进行可缩放原位压缩》,J.Compute。物理。,468,第111457条,pp.,2022·Zbl 07578890号
[8] 科尔达·T·G。;Bader,B.W.,张量分解与应用,SIAM Rev.,51,3,455-500,2009·Zbl 1173.65029号
[9] 科赫,O。;Lubich,C.,动力学张量近似,SIAM J.矩阵分析。申请。,31, 5, 2360-2375, 2010 ·Zbl 1214.15017号
[10] 贝克,M.H。;Jäckle,A。;沃斯,G.A。;Meyer,H.-D.,《多组态含时Hartree(MCTDH)方法:传播波包的高效算法》,Phys。代表,324,1,1-105,2000,URLhttp://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157399000472
[11] Risken,H.,《福克-普朗克方程》。解决方法与应用,1996年,施普林格-柏林,海德堡·兹比尔0866.60071
[12] Boelens,A.M。;文丘里,D。;Tartakovsky,D.M.,Boltzmann-BGK方程的张量方法,J.Compute。物理。,第421条,第109744页,2020年·Zbl 07508367号
[13] 多尔戈夫,S。;Kalise,D。;Kunisch,K.K.,高维Hamilton-Jacobi-Bellman方程的张量分解方法,SIAM J.Sci。计算。,43、3、A1625-A1650、2021·Zbl 1471.65184号
[14] 加夫里柳克,I。;Khoromskij,B.N.,《张量数值方法:实际理论和最新应用》,计算。方法应用。数学。,19, 1, 1-4, 2019 ·Zbl 1422.00020号
[15] 科赫,O。;Lubich,C.,《动力学低阶近似》,SIAM J.矩阵分析。申请。,29, 2, 434-454, 2007 ·Zbl 1145.65031号
[16] Einkemmer,L。;Lubich,C.,Vlasov-Poisson方程的低阶投影分裂积分器,SIAM J.Sci。计算。,2018年B1330-B1360第40、5页·Zbl 1408.35187号
[17] 胡,J。;Wang,Y.,非线性Boltzmann方程的自适应动力学低阶方法,J.Sci。计算。,92, 2, 75, 2022 ·Zbl 1504.65223号
[18] 多内洛,M。;Carpenter,M.H。;Babaee,H.,《进化系统中的计算敏感性:实时降阶建模策略》,SIAM J.Sci。计算。,A128-A1492022年·Zbl 1487.37100号
[19] 拉美赞尼亚,D。;Nouri,A.G。;Babaee,H.,通过依赖时间的流形对被动和反应物种进行实时降阶建模,计算。方法应用。机械。工程,382,文章113882 pp.,2021,URLhttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004578252100219X ·Zbl 1506.76052号
[20] Naderi,M.H。;Babaee,H.,用含时基加速非线性随机降阶建模的自适应稀疏插值,计算。方法应用。机械。工程,405,第115813条,pp.,2023·Zbl 1529.65106号
[21] 多内洛,M。;Palkar,G。;Naderi,M.H。;Del Rey Fernández,哥伦比亚特区。;Babaee,H.,具有含时基的非线性随机偏微分方程的可伸缩秩自适应降阶建模的斜投影,Proc。R.Soc.伦敦。序列号。数学。物理学。工程科学。,第4792278条,第20230320页,2023
[22] 德拉特豪沃,L。;De Moor,B。;Vandewalle,J.,《多重线性奇异值分解》,SIAM J.矩阵分析。申请。,21, 4, 1253-1278, 2000 ·Zbl 0962.15005号
[23] 艾哈迈迪·阿斯勒,S。;Abukhovich,S。;Asante-Mensah,M.G。;Cichocki,A。;Phan,A.H。;田中,T。;Oseledets,I.,塔克分解和高阶奇异值分解(HOSVD)计算的随机算法,IEEE Access,928684-287062021
[24] A.K.Saibaba,HOID:基于Tucker表示的张量的高阶插值分解·Zbl 1347.65079号
[25] Vannieuwenhoven,N。;Vandebril,R。;Meerbergen,K.,高阶奇异值分解的一种新截断策略,SIAM J.Sci。计算。,2012年A1027-A1052第34、2页·兹比尔1247.65055
[26] Goreinov,S.A。;Trytyshnikov,E.E。;Zamarashkin,N.L.,伪骨架近似理论,线性代数应用。,261、1、1-21、1997,网址https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S00243796003011 ·Zbl 0877.65021号
[27] S.A.Goreinov,I.V.Oseledets,D.V.Savostyanov,E.E.Tyrtyshnikov,N.L.Zamarashkin,《如何找到一个好的子矩阵》,收录于:《矩阵方法:理论、算法和应用》,第247-256页·Zbl 1215.65078号
[28] 戈雷诺夫,S。;Tyrtyshnikov,E.,低秩矩阵近似中的最大体积概念,(数学、计算机科学和工程I中的结构化矩阵,2001),47-51·兹比尔1003.15025
[29] Savostyanov,D.,矩阵和积分方程的Polility近似,2006,数学系。,INM RAS,俄罗斯莫斯科(博士论文)
[30] Tyrtyshnikov,E.,镶嵌骨架法中的不完全交叉近似,计算,64,4,367-3802000·Zbl 0964.65048号
[31] Mahoney,M.W.,矩阵和数据的随机算法,Found。Trends®马赫数。学习。,3, 2, 123-224, 2011 ·兹比尔1232.68173
[32] 索伦森特区。;Embree,M.,A DEIM诱导的CUR因子分解,SIAM J.Sci。计算。,2016年A1454-A1482第38、3页·Zbl 1382.65121号
[33] Caiafa,C.F。;Cichocki,A.,将列式矩阵分解推广到多路阵列,线性代数应用。,433, 3, 557-573, 2010 ·Zbl 1194.15025号
[34] 多尔戈夫,S。;Kressner,D。;Strössner,C.,使用切比雪夫插值的泛函塔克近似,SIAM J.Sci。计算。,A2190-A22102021年3月43日·Zbl 1510.65033号
[35] Oseledets,I。;Tyrtyshnikov,E.,多维数组的TT-交叉逼近,线性代数应用。,432, 1, 70-88, 2010 ·Zbl 1183.65040号
[36] Ballani,J。;Grasedyck,L。;Kluge,M.,分层Tucker格式张量的黑箱近似,线性代数应用。,438, 2, 639-657, 2013 ·Zbl 1260.65037号
[37] 艾哈迈迪·阿斯勒,S。;Caiafa,C.F。;Cichocki,A。;Phan,A.H。;田中,T。;Oseledets,I。;Wang,J.,压缩和降维的交叉张量近似方法,IEEE Access,9150809-1508382021
[38] Ceruti,G。;Lubich,C.,对称和反对称低秩矩阵和Tucker张量的时间积分,BIT-Numer。数学。,60, 3, 591-614, 2020 ·Zbl 1446.65037号
[39] 塞鲁蒂,G。;库什,J。;Lubich,C.,动态低阶近似的秩自适应鲁棒积分器,BIT-Numer。数学。,62, 4, 1149-1174, 2022 ·Zbl 1507.65116号
[40] 马诺哈尔,K。;布伦顿,B.W。;库茨,J.N。;Brunton,S.L.,《数据驱动稀疏传感器重建布局:利用已知模式的优势演示》,IEEE控制系统。Mag.,38,3,63-86,2018年·Zbl 1477.93128号
[41] Chaturantabut,S。;Sorensen,D.C.,《通过离散经验插值进行非线性模型简化》,SIAM J.Sci。计算。,32, 5, 2737-2764, 2010 ·Zbl 1217.65169号
[42] Karlin,S。;Taylor,H.E.,《随机过程的第二门课程》,1981年,学术出版社:纽约学术出版社·Zbl 0469.60001号
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