We discuss the recent developments of projection-based model order reduction (MOR) techniques targeting Hamiltonian problems. Hamilton's principle completely characterizes many high-dimensional models in mathematical physics, resulting in rich geometric structures, with examples in fluid dynamics, quantum mechanics, optical systems, and epidemiological models. MOR reduces the computational burden associated with the approximation of complex systems by introducing low-dimensional surrogate models, enabling efficient multi-query numerical simulations. However, standard reduction approaches do not guarantee the conservation of the delicate dynamics of Hamiltonian problems, resulting in reduced models plagued by instability or accuracy loss over time. By approaching the reduction process from the geometric perspective of symplectic manifolds, the resulting reduced models inherit stability and conservation properties of the high-dimensional formulations. We first introduce the general principles of symplectic geometry, including symplectic vector spaces, Darboux' theorem, and Hamiltonian vector fields. These notions are then used as a starting point to develop different structure-preserving reduced basis (RB) algorithms, including SVD-based approaches and greedy techniques. We conclude the review by addressing the reduction of problems that are not linearly reducible or in a non-canonical Hamiltonian form.


翻译:我们讨论了针对汉密尔顿问题的基于预测的减少模式(MOR)技术的最新发展情况。汉密尔顿原则完全体现了数学物理学中许多高维模型的特点,从而产生了丰富的几何结构,其中包括流体动力学、量子力学、光学系统和流行病学模型等实例。摩尔通过采用低维代谢模型,使高效的多孔数字模拟,减少了与复杂系统近似有关的计算负担。然而,标准减少方法并不能保证保持汉密尔顿问题微妙的动态,导致长期受不稳定或准确性损失困扰的模型减少。通过从交错方体几何角度接近减少模型的过程,由此导致的减少模型继承了高维度配方的稳定性和保存特性。我们首先引入了随机性地理测量的一般原则,包括静态矢量空间、Darbuux的方位和汉密尔顿矢量场。然后,这些概念被用来作为起点,发展不同的结构-保留降低基算法(RB),包括基于SVD的方法和贪婪的计算法。我们通过研究方式结束这一审查,通过解决不线性形式的减少问题。

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