We consider the problem of state estimation from $m$ linear measurements, where the state $u$ to recover is an element of the manifold $\mathcal{M}$ of solutions of a parameter-dependent equation. The state is estimated using a prior knowledge on $\mathcal{M}$ coming from model order reduction. Variational approaches based on linear approximation of $\mathcal{M}$, such as PBDW, yields a recovery error limited by the Kolmogorov $m$-width of $\mathcal{M}$. To overcome this issue, piecewise-affine approximations of $\mathcal{M}$ have also be considered, that consist in using a library of linear spaces among which one is selected by minimizing some distance to $\mathcal{M}$. In this paper, we propose a state estimation method relying on dictionary-based model reduction, where a space is selected from a library generated by a dictionary of snapshots, using a distance to the manifold. The selection is performed among a set of candidate spaces obtained from the path of a $\ell_1$-regularized least-squares problem. Then, in the framework of parameter-dependent operator equations (or PDEs) with affine parameterizations, we provide an efficient offline-online decomposition based on randomized linear algebra, that ensures efficient and stable computations while preserving theoretical guarantees.


翻译:我们考虑从$m$个线性测量中恢复状态$u$的问题,其中要恢复的状态$u$是参数相关方程解集的元素$\mathcal{M}$。利用模型降维的先验知识来估计$\mathcal{M}$是实现状态估计的一种方法。基于$\mathcal{M}$的线性逼近的变分方法,如PBDW,导致恢复误差受限于$\mathcal{M}$的Kolmogorov $m$-宽度。为了克服这个问题,我们还考虑了$\mathcal{M}$的分段仿射逼近,它由使用线性空间库组成,库中的线性空间有一个被选择到$\mathcal{M}$的某个距离最小。在本文中,我们提出了一种基于字典模型降维的状态估计方法,其中一个空间从由快照字典生成的库中选择,使用到流形的距离。从$\ell_1$正则化的最小二乘问题的路径得到候选空间集,然后,在具有仿射参数化的参数相关算子方程(或PDE)的框架下,我们提供一种基于随机线性代数的离线 - 在线分解,它确保了有效且稳定的计算,同时保持理论保证。

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