Covariant Lyapunov vectors characterize the directions along which perturbations in dynamical systems grow. They have also been studied as predictors of critical transitions and extreme events. For many applications like, for example, prediction, it is necessary to estimate the vectors from data since model equations are unknown for many interesting phenomena. We propose a novel method for estimating covariant Lyapunov vectors based on data records without knowing the underlying equations of the system. In contrast to previous approaches, our approach can be applied to high-dimensional data-sets. We demonstrate that this purely data-driven approach can accurately estimate covariant Lyapunpov vectors from data records generated by low and high-dimensional dynamical systems. The highest dimension of a time-series from which covariant Lyapunov vectors were estimated in this contribution is 128. Being able to infer covariant Lyapunov vectors from data-records could encourage numerous future applications in data-analysis and data-based predictions.


翻译:COvariant Lyapunov 矢量是动态系统扰动趋势的特征,也是作为关键转变和极端事件的预测器进行研究的。对于许多应用,例如预测,有必要从数据中估算矢量,因为模型方程式对于许多有趣的现象是未知的。我们提出了一个基于数据记录、不了解系统基本方程而估算COvariant Lyapunov 矢量的新颖方法。与以前的方法不同,我们的方法可以适用于高维数据集。我们证明,这种纯数据驱动的方法能够准确地从低和高维动态系统生成的数据记录中估算 Covariant Lyapunpov 矢量。在这一贡献中估算共变量Lyapunov 矢量的时间序列的最高尺寸是128。从数据记录中推断共变量的Lyapunov 矢量能够鼓励今后在数据分析和基于数据的预测中应用多种方法。

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