The ensemble Kalman filter (EnKF) is a data assimilation technique that uses an ensemble of models, updated with data, to track the time evolution of a usually non-linear system. It does so by using an empirical approximation to the well-known Kalman filter. However, its performance can suffer when the ensemble size is smaller than the state space, as is often necessary for computationally burdensome models. This scenario means that the empirical estimate of the state covariance is not full rank and possibly quite noisy. To solve this problem in this high dimensional regime, we propose a computationally fast and easy to implement algorithm called the penalized ensemble Kalman filter (PEnKF). Under certain conditions, it can be theoretically proven that the PEnKF will be accurate (the estimation error will converge to zero) despite having fewer ensemble members than state dimensions. Further, as contrasted to localization methods, the proposed approach learns the covariance structure associated with the dynamical system. These theoretical results are supported with simulations of several non-linear and high dimensional systems.


翻译:囊括 Kalman 过滤器( EnKF) 是一种数据同化技术,它使用各种模型,并用数据加以更新,来跟踪通常非线性系统的时间演变。它使用著名的 Kalman 过滤器的经验近似值来跟踪通常非线性系统的时间演变。然而,当共括体大小小于国家空间时,其性能就会受到影响,而计算繁琐模型往往需要这样。这个假设意味着,对州差值的经验性估计并不是完全的,而且可能相当吵闹。为了解决这一高维系统的问题,我们建议快速和容易地使用称为受罚的共括体 Kalman 过滤器的算法。 在某些条件下,理论上可以证明,尽管共括体成员少于国家维度,但PEnKF 的准确性(估计误差会达到零) 。 此外,与本地化方法不同, 拟议的方法学习了与动态系统相关的共变体结构。这些理论结果得到若干非线性和高维系统模拟的支持。

0
下载
关闭预览

相关内容

卡尔曼滤波是一种高效率的递归滤波器(自回归滤波器),它能够从一系列的不完全及包含噪声的测量中,估计动态系统的状态。
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
122+阅读 · 2020年11月20日
【经典书】贝叶斯编程,378页pdf,Bayesian Programming
专知会员服务
244+阅读 · 2020年5月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
MIT新书《强化学习与最优控制》
专知会员服务
270+阅读 · 2019年10月9日
LibRec 精选:AutoML for Contextual Bandits
LibRec智能推荐
7+阅读 · 2019年9月19日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
【泡泡一分钟】用于平面环境的线性RGBD-SLAM
泡泡机器人SLAM
6+阅读 · 2018年12月18日
计算机 | CCF推荐会议信息10条
Call4Papers
5+阅读 · 2018年10月18日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Arxiv
3+阅读 · 2018年12月21日
Arxiv
3+阅读 · 2018年2月24日
Arxiv
5+阅读 · 2017年12月14日
Arxiv
3+阅读 · 2017年12月14日
VIP会员
相关VIP内容
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
122+阅读 · 2020年11月20日
【经典书】贝叶斯编程,378页pdf,Bayesian Programming
专知会员服务
244+阅读 · 2020年5月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
MIT新书《强化学习与最优控制》
专知会员服务
270+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
LibRec 精选:AutoML for Contextual Bandits
LibRec智能推荐
7+阅读 · 2019年9月19日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
【泡泡一分钟】用于平面环境的线性RGBD-SLAM
泡泡机器人SLAM
6+阅读 · 2018年12月18日
计算机 | CCF推荐会议信息10条
Call4Papers
5+阅读 · 2018年10月18日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员