The Kolmogorov $N$-width describes the best possible error one can achieve by elements of an $N$-dimensional linear space. Its decay has extensively been studied in Approximation Theory and for the solution of Partial Differential Equations (PDEs). Particular interest has occurred within Model Order Reduction (MOR) of parameterized PDEs e.g.\ by the Reduced Basis Method (RBM). While it is known that the $N$-width decays exponentially fast (and thus admits efficient MOR) for certain problems, there are examples of the linear transport and the wave equation, where the decay rate deteriorates to $N^{-1/2}$. On the other hand, it is widely accepted that a smooth parameter dependence admits a fast decay of the $N$-width. However, a detailed analysis of the influence of properties of the data (such as regularity or slope) on the rate of the $N$-width seems to lack. In this paper, we use techniques from Fourier Analysis to derive exact representations of the $N$-width in terms of initial and boundary conditions of the linear transport equation modeled by some function $g$ for half-wave symmetric data. For arbitrary functions $g$, we derive bounds and prove that these bounds are sharp. In particular, we prove that the $N$-width decays as $c_r N^{-(r+1/2)}$ for functions in the Sobolev space, $g\in H^r$. Our theoretical investigations are complemented by numerical experiments which confirm the sharpness of our bounds and give additional quantitative insight.


翻译:Kolmogorov $N$-宽度描述了由$N$维线性空间中的元素所能实现的最佳逼近误差。其衰减性已在逼近论以及偏微分方程(PDEs)解的框架下得到广泛研究。在参数化偏微分方程的模型降阶(MOR)中,例如通过约化基方法(RBM),该问题尤受关注。尽管已知对于某些问题,$N$-宽度呈指数级快速衰减(从而可实现高效的MOR),但在线性输运和波动方程的例子中,衰减速率却降为$N^{-1/2}$。另一方面,普遍认为光滑的参数依赖关系有助于$N$-宽度的快速衰减。然而,关于数据属性(如正则性或斜率)对$N$-宽度衰减速率影响的详细分析似乎尚属空白。本文利用傅里叶分析技术,针对半波对称数据,给出了线性输运方程(由某函数$g$建模)在初边值条件下的$N$-宽度的精确表示。对于任意函数$g$,我们推导了误差界并证明了这些界的紧致性。具体而言,我们证明:对于Sobolev空间中的函数$g\in H^r$,$N$-宽度按$c_r N^{-(r+1/2)}$衰减。我们的理论分析辅以数值实验,验证了所给误差界的紧致性,并提供了额外的定量洞察。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
剑桥大学《数据科学: 原理与实践》课程,附PPT下载
专知会员服务
54+阅读 · 2021年1月20日
不可错过!华盛顿大学最新《生成式模型》课程,附PPT
专知会员服务
65+阅读 · 2020年12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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【推荐】免费书(草稿):数据科学的数学基础
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年10月1日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
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
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+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
Arxiv
10+阅读 · 2021年11月3日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:43
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:31
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:11
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【推荐】免费书(草稿):数据科学的数学基础
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年10月1日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
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
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员