We develop a methodology to construct low-dimensional predictive models from data sets representing essentially nonlinear (or non-linearizable) dynamical systems with a hyperbolic linear part that are subject to external forcing with finitely many frequencies. Our data-driven, sparse, nonlinear models are obtained as extended normal forms of the reduced dynamics on low-dimensional, attracting spectral submanifolds (SSMs) of the dynamical system. We illustrate the power of data-driven SSM reduction on high-dimensional numerical data sets and experimental measurements involving beam oscillations, vortex shedding and sloshing in a water tank. We find that SSM reduction trained on unforced data also predicts nonlinear response accurately under additional external forcing.


翻译:我们开发了一种方法,从基本上代表非线性(或不可线性)动态系统的数据集中构建低维预测模型,这些数据集具有双曲线性部分,受到外部压力,频率有限。我们的数据驱动的、稀少的、非线性模型是作为低维动力减少的延伸正常形式获得的,吸引动态系统的光谱子元(SSMs)。我们展示了数据驱动的SSSM在高维数字数据集中减少的功率,以及涉及波音振荡、电离层悬浮和水箱中沉没的实验测量。我们发现,在非强制数据方面受过培训的SSM的减少也预测了在额外外部压力下的非线性反应的准确性。

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