The problem of determining the underlying dynamics of a system when only given data of its state over time has challenged scientists for decades. In this paper, the approach of using machine learning to model the {\em updates} of the phase space variables is introduced; this is done as a function of the phase space variables. (More generally, the modeling is done over the jet space of the variables.) This approach is shown to accurately replicate the dynamics for the examples of the harmonic oscillator, the pendulum, and the Duffing oscillator; the underlying differential equation is also accurately recovered in each example. In addition, the results in no way depend on how the data is sampled over time (i.e., regularly or irregularly). It is demonstrated that this approach (named "FJet") is similar to the model resulting from a Taylor series expansion of the Runge-Kutta (RK) numerical integration scheme. This analogy confers the advantage of explicitly revealing the appropriate functions to use in the modeling, as well as revealing the error estimate for the updates. Thus, this new approach can be thought of as a way to determine the coefficients of an RK scheme by machine learning. Finally, it is shown in the undamped harmonic oscillator example that the stability of the updates is stable for $10^9$ times longer than with $4$th-order RK.


翻译:当一个系统仅提供其长期状况的数据时,确定系统基本动态的问题对科学家提出了数十年的挑战。在本文件中,采用机器学习的方法来模拟阶段空间变量的 ~ em 更新 ;这是作为阶段空间变量的函数而采用的;(一般而言,建模是在变量的喷气空间上完成的。 )这个方法可以准确复制调和振荡器、支架和数字集成器等示例的动态;基础差异方程式也在每个例子中都得到准确的恢复。此外,这种结果并不取决于数据在时间上(即定期或不定期)如何抽样;这个方法(称为“FJet”)与调和器(Rungge-Kutta(RK))数字集成器的系列扩展所产生的模型相似。这个比对模型的优点是明确披露模型中使用的适当功能,以及揭示更新的错误估计值。因此,这种新方法可以认为,在时间上如何取样,这种新的方法可以更长时间地看数据抽样,(即定期或不定期)地)抽样,用来确定稳定的汇率。

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