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Multi-objective SINDy for parameterized model discovery from single transient trajectory data
Indexado
WoS WOS:001387206100001
Scopus SCOPUS_ID:85213701629
DOI 10.1007/S11071-024-10825-2
Año 2024
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



The sparse identification of nonlinear dynamics (SINDy) has been established as an effective technique to produce interpretable models of dynamical systems from time-resolved state data via sparse regression. However, to model parameterized systems, SINDy requires data from transient trajectories for various parameter values over the range of interest, which are typically difficult to acquire experimentally. In this work, we extend SINDy to be able to leverage data on fixed points, limit cycles, quasiperiodic orbits and/or chaotic attractors to reduce the number of transient trajectories needed for successful system identification. To achieve this, we incorporate the data on these attractors at various parameter values as constraints in the optimization problem. First, we show that enforcing these as hard constraints leads to an ill-conditioned regression problem due to the large number of constraints. Instead, we implement soft constraints by modifying the cost function to be minimized. This leads to the formulation of a multi-objective sparse regression problem where we simultaneously seek to minimize the error of the fit to the transients trajectories and to the data on attractors, while penalizing the number of terms in the model. Our extension, demonstrated on several numerical examples, is more robust to noisy measurements and requires substantially less training data than the original SINDy method to correctly identify a parameterized dynamical system.

Revista



Revista ISSN
Nonlinear Dynamics 0924-090X

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Disciplinas de Investigación



WOS
Engineering, Mechanical
Mechanics
Scopus
Electrical And Electronic Engineering
Control And Systems Engineering
Applied Mathematics
Ocean Engineering
Aerospace Engineering
Mechanical Engineering
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Lemus, Javier - Universidad de Chile - Chile
2 Herrmann-Priesnitz, B. Hombre Universidad de Chile - Chile

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Financiamiento



Fuente
ANID Fondecyt
Agencia Nacional de Investigacin y Desarrollo

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Agradecimientos



Agradecimiento
We gratefully acknowledge S. Brunton, U. Fasel, M. Bahamondes, D. Delgado, and N. Torres for helpful comments and insightful discussions.
This work was funded by U. of Chile internal grant U-Inicia-003/21 and ANID Fondecyt 11220465.

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