Regression-Based Projection for Learning Mori–Zwanzig Operators

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作者
Yen Ting Lin,Yifeng Tian,Danny Pérez,Daniel Livescu
出处
期刊:Siam Journal on Applied Dynamical Systems [Society for Industrial and Applied Mathematics]
卷期号:22 (4): 2890-2926 被引量:6
标识
DOI:10.1137/22m1506146
摘要

.We propose to adopt statistical regression as the projection operator to enable data-driven learning of the operators in the Mori–Zwanzig formalism. We present a principled method to extract the Markov and memory operators for any regression models. We show that the choice of linear regression results in a recently proposed data-driven learning algorithm based on Mori's projection operator, which is a higher-order approximate Koopman learning method. We show that more expressive nonlinear regression models naturally fill in the gap between the highly idealized and computationally efficient Mori's projection operator and the most optimal yet computationally infeasible Zwanzig's projection operator. We performed numerical experiments and extracted the operators for an array of regression-based projections, including linear, polynomial, spline, and neural network–based regressions, showing a progressive improvement as the complexity of the regression model increased. Our proposition provides a general framework to extract memory-dependent corrections and can be readily applied to an array of data-driven learning methods for stationary dynamical systems in the literature.KeywordsMori–Zwanzig formalismKoopman representationnonlinear projection operatorsdata-driven learningregressionneural networksMSC codes37M9946N5565P9982C3137M05

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