×

理解输运几何:拉格朗日轨道数据的扩散图解开相干集。 (英语) Zbl 1387.37011号

摘要:动力系统通常会出现长寿命相干集,这些相干集是状态空间中高度保持几何完整性的区域,因此在输运中起着重要作用。在本文中,我们提供了一种从可能稀疏的拉格朗日轨迹数据中提取相干集的方法。我们的方法可以看作是扩散映射到轨迹空间的扩展,它允许我们构建“动态坐标”,这揭示了与传输有关的数据的内在低维组织。唯一的先验的我们需要的关于动力学的知识是一个局部有效的距离概念,这使得我们的方法非常适合于自动数据分析。我们证明了我们的方法在无限数据极限下对相干的解析传递算子框架的收敛性,并说明了它在几个二维和三维示例以及真实数据上的潜力。{
©2017美国物理研究所}

MSC公司:

37A50型 动力系统及其与概率论和随机过程的关系
60J70型 布朗运动和扩散理论的应用(种群遗传学、吸收问题等)
82C70码 含时统计力学中的输运过程
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 弗罗兰德,G。;劳埃德,S。;Quas,A.,Perron-Frobenius余环的相干结构和孤立谱,遍历理论动力学。系统。,30, 729-756 (2010) ·Zbl 1205.37015号 ·doi:10.1017/S0143385709000339
[2] 弗罗兰德,G。;劳埃德,S。;Santissadeekorn,N.,非自治动力系统的相干集,物理学D,239, 1527-1541 (2010) ·Zbl 1193.37032号 ·doi:10.1016/j.physd.2010.03.009
[3] 弗罗伊兰,G。;Santissadeekorn,N。;Monahan,A.,含时动力系统中的输运:有限时间相干集,混沌,20, 043116 (2010) ·Zbl 1311.37008号 ·doi:10.1063/1.3502450
[4] 里皮纳,I.I。;布朗,M.G。;Beron-Vera,F.J。;科萨克,H。;Olascoaga,M.J。;Udovydchenkov,I.A.,《关于大气纬向急流的拉格朗日动力学和平流层极涡的渗透性》,J.Atmos。科学。,64, 3595-3610 (2007) ·doi:10.1175/JAS4036.1
[5] Treguier,A.-M。;O.Boebel。;巴尼尔,B。;Madec,G.,《1/6度大西洋模型中的阿古拉斯涡通量》,深海研究第二部分,50, 251-280 (2003) ·doi:10.1016/S0967-0645(02)00396-X
[6] Dellnitz,M。;弗罗伊兰,G。;霍伦坎普,C。;Padberg-Gehle,K。;Gupta,A.S.,《南大洋次极地涡旋的季节变化:基于转移算子的数值研究》,非线性过程地球物理。,16, 655-664 (2009) ·doi:10.5194/npg-16-655-2009年
[7] 弗罗兰德,G。;霍伦坎普,C。;罗西,V。;van Sebill,E.,用有限时间相干集研究阿古拉斯环的长期路径和衰变,混沌,25, 083119 (2015) ·兹比尔1374.37031 ·doi:10.1063/1.4927830
[8] Padberg,K。;Hauff,T。;Jenko,F。;Junge,O.,湍流磁化等离子体中的拉格朗日结构和输运,新物理学杂志。,9, 400 (2007) ·doi:10.1088/1367-2630/9/11/400
[9] 奥尔舒斯,M.R。;Thiffeault,J.-L.,《使用编织线检测相干结构》,Physica D,241, 95-105 (2012) ·doi:10.1016/j.physd.201.10.002
[10] Budišić,M。;Mezić,I.,遍历商的几何揭示了流中的相干结构,Physica D,241, 1255-1269 (2012) ·Zbl 1254.37010号 ·doi:10.1016/j.physd.2012.04.006
[11] 罗姆·凯达尔,V。;Wiggins,S.,《二维地图中的交通》,Arch。定额。机械。分析。,109, 239-298 (1990) ·Zbl 0755.58070号 ·doi:10.1007/BF00375090
[12] Haller,G.,在二维速度场中寻找有限时间不变流形,混沌,10, 99-108 (2000) ·Zbl 0979.37012号 ·数字对象标识代码:10.1063/116479
[13] Haller,G。;Beron Vera,F.J.,二维流动中传输障碍的大地测量理论,Physica D,241, 1680-1702 (2012) ·Zbl 1417.37109号 ·doi:10.1016/j.physd.2012.06.012
[14] Haller,G.,《三维流体流动中的不同材料表面和相干结构》,Physica D,149, 248-277 (2001) ·Zbl 1015.76077号 ·doi:10.1016/S0167-2789(00)00199-8
[15] 马,T。;Bollt,E.M.,通过有限时间非双曲分裂对形状一致性和曲率演化的微分几何透视,SIAM J.Appl。动态。系统。,13, 1106-1136 (2014) ·Zbl 1329.37031号 ·doi:10.137/130940633
[16] Balasuriya,S。;弗罗兰德,G。;Santissadeekorn,N.,《表面流动的绝对通量优化曲线》,J.Math。分析。申请。,409, 119-139 (2014) ·Zbl 1306.37020号 ·doi:10.1016/j.jmaa.2013.06.013
[17] Dellnitz先生。;Junge,O.,关于复杂动力学行为的近似,SIAM J.Numer。分析。,36, 491-515 (1999) ·Zbl 0916.58021号 ·doi:10.1137/S0036142996313002
[18] 弗罗兰德,G。;Dellnitz,M.,《检测和定位近最优几乎不变集和循环》,SIAM J.Sci。计算。,24, 1839-1863 (2003) ·Zbl 1042.37063号 ·doi:10.1137/S106482750238911X
[19] 弗罗兰德,G。;Padberg,K.,Almost不变集和不变流形-连接流中相干结构的概率和几何描述,Physica D,238, 1507-1523 (2009) ·Zbl 1178.37119号 ·doi:10.1016/j.physd.2009.03.002
[20] 弗罗兰德,G。;Padberg-Gehle,K.,《有限时间熵:测量非线性拉伸的概率方法》,Physica D,241, 1612-1628 (2012) ·Zbl 1253.37010号 ·doi:10.1016/j.physd.2012.06.010
[21] Froyland,G.,动态等周法和拉格朗日相干结构的几何,非线性,28, 3587-3622 (2015) ·Zbl 1352.37063号 ·doi:10.1088/0951-7715/28/10/3587
[22] Allshouse,M.R。;Peacock,T.,基于拉格朗日的相干结构检测方法,混沌,25, 097617 (2015) ·doi:10.1063/1.4922968
[23] 塞尔吉亚科米,E。;罗西,V。;洛佩兹,C。;Hernández-García,E.,流动网络:地球物理流体传输的表征,混沌,25, 036404 (2015) ·doi:10.1063/1.4908231
[24] 弗罗兰德,G。;Padberg-Gehle,K.,从稀疏和不完整的轨迹数据中提取有限时间相干集的基于粗糙和现成聚类的方法,混沌,25, 087406 (2015) ·Zbl 1374.37114号 ·doi:10.1063/1.4926372
[25] Hadjighasem,A。;Karrasch,D。;Teramoto,H。;Haller,G.,《拉格朗日涡旋探测的光谱聚类方法》(2015)
[26] M.O.威廉姆斯。;里皮纳,I.I。;Rowley,C.W.,从有限数量的拉格朗日数据中识别有限时间相干集,混沌,25, 087408 (2015) ·Zbl 1374.37121号 ·doi:10.1063/1.4927424
[27] Froyland,G.,识别含时动力系统中有限时间相干集的分析框架,Physica D,250, 1-19 (2013) ·Zbl 1355.37013号 ·doi:10.1016/j.physd.2013.013年1月13日
[28] 科伊夫曼,R.R。;Lafon,S.,扩散图,应用。计算。谐波分析。,21, 5-30 (2006) ·Zbl 1095.68094号 ·doi:10.1016/j.acha.2006.04.006
[29] 纳德勒,B。;拉丰,S。;科伊夫曼,R.R。;Kevrekidis,I.G.,扩散图,动力学系统的光谱聚类和反应坐标,应用。计算。谐波分析。,21, 113-127 (2006) ·Zbl 1103.60069号 ·doi:10.1016/j.acha.2005.07.004
[30] 拉丰,S。;Lee,A.B.,《扩散映射和粗粒度:降维、图分区和数据集参数化的统一框架》,IEEE Trans。模式分析。机器。智力。,28, 1393-1403 (2006) ·doi:10.1109/TPAMI.2006.184
[31] Von Luxburg,U.,《光谱聚类教程》,统计计算。,17, 395-416 (2007) ·doi:10.1007/s11222-007-9033-z
[32] 兰比奥特,R。;Delvenne,J.C。;Barahona,M.,《随机行走、马尔可夫过程和复杂网络的多尺度模块化组织》,IEEE Trans。网络科学。工程师。,1, 2, 76-90 (2014) ·doi:10.10109/TNSE.201215.22391998年
[33] Lasota,A。;Mackey,M.C.,《混沌、分形和噪声:动力学的随机方面》(1994)·Zbl 0784.58005号
[34] 弗罗兰德,G。;Padberg-Gehle,K.,Almost变和有限时间相干集:方向性、持续时间和扩散,遍历理论、开放动力学和相干结构,171-216(2014)·Zbl 1352.37078号
[35] 海因,M。;奥迪伯特,J.-Y。;von Luxburg,U.,《从图到流形——拉普拉斯图的弱和强点态一致性》,第18届学习理论年会论文集,COLT’05,470-485(2005)·Zbl 1095.68097号
[36] Singer,A.,《从图到流形Laplacian:收敛速度》,应用。计算。谐波分析。,21, 128-134 (2006) ·Zbl 1095.68102号 ·doi:10.1016/j.acha.2006.03.004
[37] A.丹尼。;O.Junge。;Matthes,D.,使用福克-普朗克方程计算相干集(2015)
[38] 舒特,C。;Fischer,A。;惠辛加,W。;Deufhard,P.,《基于混合蒙特卡罗的构象动力学直接方法》,J.Compute。物理。,151,146-168(1999年)·Zbl 0933.65145号 ·doi:10.1006/jcph.1999.6231
[39] Deufhard,P。;惠辛加,W。;Fischer,A。;Schütte,C.,可逆几乎非耦合马尔可夫链中几乎不变聚集体的识别,线性代数应用。,315, 39-59 (2000) ·Zbl 0963.65008号 ·doi:10.1016/S0024-3795(00)00095-1
[40] Schaeffer,S.E.,图聚类,计算。科学。版次:。,1,27-64(2007年)·Zbl 1302.68237号 ·doi:10.1016/j.cosrev.2007.05.001
[41] 史J。;Malik,J.,标准化切割和图像分割,IEEE Trans。模式分析。机器。智力。,22, 888-905 (2000) ·数字对象标识代码:10.1109/34.868688
[42] Ng,A.Y.先生。;M.I.乔丹。;韦斯,Y。;Dietterich,T.G。;贝克尔,S。;Ghahramani,Z.,《关于谱聚类:分析和算法》,《神经信息处理系统的进展》14,849-856(2002)
[43] Deufhard,P。;韦伯,M.,构象动力学中的稳健Perron聚类分析,线性代数应用。,398, 161-184 (2005) ·Zbl 1070.15019号 ·doi:10.1016/j.laa.2004.10.026
[44] Bezdek,J.C.,《模糊目标函数算法的模式识别》(2013)
[45] 萨里奇,M。;Djurdjevac,N。;布鲁克纳,S。;康拉德,T.O。;Schütte,C.,《模块化重访:用于分解复杂网络的基于动态的新概念》,J.Compute。动态。,1, 191-212 (2014) ·Zbl 1348.60070号 ·doi:10.3934/jcd.2014.1.191
[46] Arya,S。;Mount,D.M。;内塔尼亚胡,新南威尔士州。;西尔弗曼,R。;Wu,A.Y.,固定维近似最近邻搜索的优化算法,JACM,45, 6, 891-923 (1998) ·Zbl 1065.68650号 ·数字对象标识代码:10.1145/293347.293348
[47] 布鲁萨,A。;Gilbert,J.R.,《并行稀疏矩阵乘法和索引:实现和实验》,SIAM J.Sci。计算。,34,C170-C191(2012)·Zbl 1252.05112号 ·数字对象标识代码:10.1137/10848244
[48] Chen,W.-Y。;Song,Y。;Bai,H。;林,C.-J。;Chang,E.Y.,分布式系统中的并行谱聚类,IEEE Trans。模式分析。机器。智力。,33, 568-586 (2011) ·doi:10.1109/TPAMI.2010.88
[49] Klus,S。;科尔泰,P。;Schütte,C.,关于Perron-Frobenius和Koopman算子的数值逼近,J.Compute。动态。,, 1, 51-79 (2016) ·Zbl 1353.37154号 ·doi:10.3934/jcd.2016003
[50] 陈,B。;高,B。;Liu,T.-Y。;Chen,Y.-F。;Ma,W.-Y.,使用顺序矩阵压缩的数据快速谱聚类,机器学习:ECML 2006,590-597(2006)
[51] Fowlkes,C。;Belongie,S。;Chung,F。;Malik,J.,《使用Nystrom方法的光谱分组》,IEEE Trans。模式分析。机器。智力。,26, 214-225 (2004) ·doi:10.1109/TPAMI.2004.1262185
[52] Liu,T.-Y。;Yang,H.-Y。;郑,X。;秦,T。;Ma,W.-Y.,《基于序列收缩优化的快速大尺度光谱聚类》(2007)
[53] 舒特,C。;Sarich,M.,分子动力学中的亚稳定性和马尔可夫状态模型(2013)·Zbl 1305.60004号
[54] 弗罗兰德,G。;Koltai,P.,《估算无轨迹积分的周期驱动流的长期行为》(2015年)
[55] Arnol’d,V.I.,《关于理想流体三维稳定流动的拓扑》,J.Appl。数学。机械。,30,223-226(1966年)·Zbl 0156.23002号 ·doi:10.1016/0021-8928(66)90070-0
[56] Dombre,T。;美国弗里希。;格林,J.M。;Hénon,M。;Mehr,A。;Soward,A.M.,《ABC流中的混沌流线》,J.流体力学。,167, 353 (1986) ·Zbl 0622.76027号 ·doi:10.1017/S0022112086002859
[57] 布拉泽夫斯基,D。;Haller,G.,三维非定常流动中的双曲线和椭圆输运障碍,Physica D,273, 46-62 (2014) ·Zbl 1341.37014号 ·doi:10.1016/j.physd.2014.01.007
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。