Predicting the trajectory of stochastic dynamical systems (SDSs) is an intriguing problem in numerous fields, where characterizing the predictability of SDSs is of fundamental importance. Prior works have tackled this issue by indirectly investigating the uncertainty of distribution in each prediction. How accurately the trajectory of SDSs can be directly predicted still remains open. This paper proposes a new metric, namely predictability exponent, to characterize the decaying rate of probability that the prediction error never exceeds arbitrary $\epsilon$. To evaluate predictability exponent, we begin with providing a complete framework for model-known cases. Then, we bring to light the explicit relationship between predictability exponent and entropy by discrete approximation techniques. The definition and evaluation on predictability exponent are further extended to model-unknown cases by optimizing over model spaces, which build a bridge between the accuracy of trajectory predictions and popular entropy-based uncertainty measures. Examples of unpredictable trajectory design are presented to elaborate the applicability of the proposed predictability metric. Simulations are conducted to illustrate the efficiency of the obtained results.


翻译:预测随机动态系统(SDS)的轨迹是许多领域一个令人感兴趣的问题,这些领域的可预测性特点具有根本重要性。以前的工作通过间接调查每个预测中分布的不确定性来解决这个问题。如何准确地直接预测SDS的轨迹仍然未定。本文件提出了一个新的度量,即可预测性指数,以说明预测错误从未超过任意的概率的衰变率。为了评价可预测性指数,我们首先为已知的模型案例提供一个完整的框架。然后,我们通过离散近效技术来说明可预测性的快率和诱导性之间的明确关系。关于可预测性指数的定义和评价通过优化模型空间,在轨迹预测的准确性与流行的基于加密的不确定性措施之间建立桥梁,从而进一步扩展到模型未知的案例。提出了不可预测的轨道设计实例,以详细说明拟议的可预测性指标的可适用性。进行了模拟,以说明获得的结果的效率。

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