We introduce a nonlinear stochastic model reduction technique for high-dimensional stochastic dynamical systems that have a low-dimensional invariant effective manifold with slow dynamics, and high-dimensional, large fast modes. Given only access to a black box simulator from which short bursts of simulation can be obtained, we estimate the invariant manifold, a process of the effective (stochastic) dynamics on it, and construct an efficient simulator thereof. These estimation steps can be performed on-the-fly, leading to efficient exploration of the effective state space, without losing consistency with the underlying dynamics. This construction enables fast and efficient simulation of paths of the effective dynamics, together with estimation of crucial features and observables of such dynamics, including the stationary distribution, identification of metastable states, and residence times and transition rates between them.


翻译:我们引入了一种非线性随机模型削减技术,用于具有低维的、具有慢动态和高维、大快速模式的低维变异性多元体的高维随机动态系统。鉴于只能使用黑盒模拟器,从中可以短时间进行模拟,我们估计了无线性多元体,这是其有效(随机)动态的过程,并构建了一个高效的模拟器。这些估算步骤可以在飞行时进行,从而在不失去与基本动态一致性的情况下高效探索有效的国家空间。这种构建能够快速高效模拟有效动态的路径,同时估计这些动态的关键特征和观察,包括固定分布、确定元状态、常住时间和它们之间的过渡率。

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