We present an approach to reduced-order modelling that builds off recent graph-theoretic work for representation, exploration, and analysis of computed states of physical systems (Banerjee et al., Comp. Meth. App. Mech. Eng., 351, 501-530, 2019). We extend a non-local calculus on finite weighted graphs to build such models by exploiting polynomial expansions and Taylor series. In the general framework for non-local calculus on graphs, the graph edge weights are intricately linked to the embedding of the graph, and consequently to the definition of the derivatives. In a previous communication (Duschenes and Garikipati, arXiv:2105.01740), we have shown that radially symmetric, continuous edge weights derived from, for example Gaussian functions, yield inconsistent results in the resulting non-local derivatives when compared against the corresponding local, differential derivative definitions. Taking inspiration from finite difference methods, we algorithmically compute edge weights, considering the embedding of the local neighborhood of each graph vertex. Given this procedure, we ensure the consistency of the non-local derivatives in this setting, a crucial requirement for numerical applications. We show that we can achieve any desired orders of accuracy of derivatives, in a chosen number of dimensions without symmetry assumptions in the underlying data. Finally, we present two example applications of extracting reduced-order models using this non-local calculus, in the form of ordinary differential equations from parabolic partial differential equations of progressively greater complexity.


翻译:我们展示了一种方法,从最近的图形理论学研究中建立减序模型,用于代表、探索和分析物理系统的计算状态(Banerjee等人,Comp. Meth. Meth. App. Mech. Eng., 351, 501-530, 2019年)。我们用有限的加权图解扩展了非本地的微积分,通过利用多元扩张和泰勒系列来建立这些模型。在非本地微积分的图表总框架中,图形边缘加权与图形嵌入、并进而与衍生物的定义紧密相连。在以前的通信中(Duschenes和Garikipati, arXiv: 2105.01740),我们显示,从有限加权图图中得出的非本地微微积分,连续的微微微分权重,与相应的本地微分分数定义相比较,我们从定量差异方法中推算出边缘加权加权加权加权加权加权加权加权加权权重,我们通过这一精确的模型,我们用当前精度计算得出了当前精度的精度的精度,我们目前精度模型的精度模型的精度的精度,我们可以确保当前精度的精度的精度的精度的精度应用的精度。

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