数学 > 数值分析
[提交于 2025年4月1日
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标题: 结合扩展卷积自动编码器和水库计算以实现大气流动的准确降阶预测
标题: Combining Extended Convolutional Autoencoders and Reservoir Computing for Accurate Reduced-Order Predictions of Atmospheric Flows
摘要: 使用传统离散化方法(也称为全阶方法,例如有限元方法或有限体积方法)预测大气流动计算成本高昂。 我们提议通过结合扩展卷积自动编码器(E-CAE)和 reservoir computing(RC)的降阶模型(ROM)来降低计算成本。由于网络深度的扩展,E-CAE 可以将来自全阶方法的高分辨率数据编码为紧凑的潜在表示,并且能够以比标准CAE低75%的重构误差将其解码回高分辨率。压缩后的数据被输入到RC网络中,该网络预测其演化。RC网络的优势在于训练阶段相比传统预测模型具有更低的计算成本。我们通过已知的二维和三维大气流动基准测试了我们的数据驱动ROM。结果显示,我们的ROM在二维情况下未来系统动力学的重构和预测误差低于6%,在三维情况下误差低于8%,同时显著降低了全阶模拟的计算成本。与文献中的其他ROM(如动态模式分解和带插值的正交分解)相比,我们的ROM同样高效但更准确。因此,它是一种有前景的大气高维模拟替代方案。
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