Using Artificial Neural Networks (ANN) for nonlinear system identification has proven to be a promising approach, but despite of all recent research efforts, many practical and theoretical problems still remain open. Specifically, noise handling and models, issues of consistency and reliable estimation under minimisation of the prediction error are the most severe problems. The latter comes with numerous practical challenges such as explosion of the computational cost in terms of the number of data samples and the occurrence of instabilities during optimization. In this paper, we aim to overcome these issues by proposing a method which uses a truncated prediction loss and a subspace encoder for state estimation. The truncated prediction loss is computed by selecting multiple truncated subsections from the time series and computing the average prediction loss. To obtain a computationally efficient estimation method that minimizes the truncated prediction loss, a subspace encoder represented by an artificial neural network is introduced. This encoder aims to approximate the state reconstructability map of the estimated model to provide an initial state for each truncated subsection given past inputs and outputs. By theoretical analysis, we show that, under mild conditions, the proposed method is locally consistent, increases optimization stability, and achieves increased data efficiency by allowing for overlap between the subsections. Lastly, we provide practical insights and user guidelines employing a numerical example and state-of-the-art benchmark results.


翻译:使用人工神经网络(ANN)进行非线性系统识别已证明是一个很有希望的方法,但尽管最近进行了各种研究,许多实际和理论问题仍然有待解决。具体地说,噪音处理和模型,在最小化预测误差中的一致性和可靠估算问题是最严重的问题,后者带来许多实际挑战,如数据样本数量的计算成本爆炸和在优化期间出现不稳定性。在本文件中,我们的目标是通过提出一种方法来克服这些问题,这种方法使用流动预测损失和用于国家估算的子空间编码器来提供一种初步状态。在计算缺漏的预测损失时,从时间序列中选择多个短小节和模型,计算平均预测损失。为了获得一种计算高效的估计方法,以尽量减少漏漏预测损失,采用了人工神经网络代表的子空间编码器。在估算模型的状态图中,我们的目标是为过去投入和产出的每个小节节点提供初步状态。通过理论分析,我们通过理论分析,显示,在最精确的分节点下,我们通过使用一种稳定的统计结果,我们用一个比较的方法,在最精确的标准下,我们提供了一种稳定的统计结果。

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