Scientific machine learning for inferring dynamical systems combines data-driven modeling, physics-based modeling, and empirical knowledge. It plays an essential role in engineering design and digital twinning. In this work, we primarily focus on an operator inference methodology that builds dynamical models, preferably in low-dimension, with a prior hypothesis on the model structure, often determined by known physics or given by experts. Then, for inference, we aim to learn the operators of a model by setting up an appropriate optimization problem. One of the critical properties of dynamical systems is stability. However, this property is not guaranteed by the inferred models. In this work, we propose inference formulations to learn quadratic models, which are stable by design. Precisely, we discuss the parameterization of quadratic systems that are locally and globally stable. Moreover, for quadratic systems with no stable point yet bounded (e.g., chaotic Lorenz model), we discuss how to parameterize such bounded behaviors in the learning process. Using those parameterizations, we set up inference problems, which are then solved using a gradient-based optimization method. Furthermore, to avoid numerical derivatives and still learn continuous systems, we make use of an integral form of differential equations. We present several numerical examples, illustrating the preservation of stability and discussing its comparison with the existing state-of-the-art approach to infer operators. By means of numerical examples, we also demonstrate how the proposed methods are employed to discover governing equations and energy-preserving models.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员