Extended Dynamic Mode Decomposition (EDMD) is a data-driven tool for forecasting and model reduction of dynamics, which has been extensively taken up in the physical sciences. While the method is conceptually simple, in deterministic chaos it is unclear what its properties are or even what it converges to. In particular, it is not clear how EDMD's least-squares approximation treats the classes of regular functions needed to make sense of chaotic dynamics. In this paper we develop a general, rigorous theory of EDMD on the simplest examples of chaotic maps: analytic expanding maps of the circle. Proving a new result in the theory of orthogonal polynomials on the unit circle (OPUC), we show that in the infinite-data limit, the least-squares projection is exponentially efficient for polynomial observable dictionaries. As a result, we show that the forecasts and Koopman spectral data produced using EDMD in this setting converge to the physically meaningful limits, at an exponential rate. This demonstrates that with only a relatively small polynomial dictionary, EDMD can be very effective, even when the sampling measure is not uniform. Furthermore, our OPUC result suggests that data-based least-squares projections may be a very effective approximation strategy.


翻译:扩展动态模态分解(EDMD)是一种基于数据的动力学预测与降维工具,已在物理科学领域得到广泛应用。尽管该方法在概念上简单,但在确定性混沌系统中,其性质乃至收敛目标尚不明确。特别是,EDMD的最小二乘近似如何处理理解混沌动力学所需的规则函数类仍不清楚。本文以最简单的混沌映射——圆解析扩张映射为例,建立了EDMD的一般化严格理论。通过证明单位圆上正交多项式理论(OPUC)的新结果,我们表明在无限数据极限下,最小二乘投影对于多项式观测字典具有指数级效率。由此证明,在此设置下,基于EDMD产生的预测和Koopman谱数据以指数速率收敛至具有物理意义的极限。这表明即使采样测度非均匀,仅使用相对较小的多项式字典,EDMD也能非常有效。此外,我们的OPUC结果提示,基于数据的最小二乘投影可能是一种非常有效的近似策略。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】MXNet深度情感分析实战
机器学习研究会
16+阅读 · 2017年10月4日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月28日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
10+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】MXNet深度情感分析实战
机器学习研究会
16+阅读 · 2017年10月4日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
相关基金
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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员