Time series classification and creation of 2D bifurcation diagrams in nonlinear dynamical systems using supervised machine learning methods

分岔图 非线性系统 分叉 混乱的 计算机科学 系列(地层学) 动力系统理论 感知器 算法 时间序列 人工智能 数学 人工神经网络 应用数学 机器学习 古生物学 物理 生物 量子力学
作者
Salama Hassona,Wiesław Marszałek,Jan Sadecki
出处
期刊:Applied Soft Computing [Elsevier]
卷期号:113: 107874-107874 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.asoc.2021.107874
摘要

This paper proposes new methods of computing 2D bifurcation diagrams for nonlinear time series using MultiLayer Perceptrons (MLPs), LSTM Fully Convolutional Networks (LSTM-FCN), Time Series Forests (TSFs) with entropy, Gini impurity, and K-Nearest Neighbors (KNNs) algorithm with Dynamic Time Warping (DTW). The proposed algorithms can precisely compute 2D bifurcation diagrams for oscillatory time-series (periodic or chaotic) obtained either as solutions of nonlinear systems of ordinary differential equations (ODEs) or measured and recorded when a mathematical model is not known. Illustrative computational examples include chaotic electric arc RLC circuits. The obtained results confirm usefulness of the proposed methods in a creation of 2D bifurcation diagrams — color images representing dynamics of nonlinear processes, circuits or systems.

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