We propose an effective and robust algorithm for identifying partial differential equations (PDEs) with space-time varying coefficients from a single trajectory of noisy observations. Identifying unknown differential equations from noisy observations is a difficult task, and it is even more challenging with space and time varying coefficients in the PDE. The proposed algorithm, GP-IDENT, has three ingredients: (i) we use B-spline bases to express the unknown space and time varying coefficients, (ii) we propose Group Projected Subspace Pursuit (GPSP) to find a sequence of candidate PDEs with various levels of complexity, and (iii) we propose a new criterion for model selection using the Reduction in Residual (RR) to choose an optimal one among the pool of candidates. The new GPSP considers group projected subspaces which is more robust than existing methods in distinguishing correlated group features. We test GP-IDENT on a variety of PDEs and PDE systems, and compare it with the state-of-the-art parametric PDE identification algorithms under different settings to illustrate its outstanding performance. Our experiments show that GP-IDENT is effective in identifying the correct terms from a large dictionary and the model selection scheme is robust to noise.


翻译:我们提出了一种有效和健壮的算法,用于从单条噪声观测轨迹中识别具有空时变系数的偏微分方程(PDE)。从噪声观测中识别未知的微分方程是一项艰巨的任务,而在PDE中使用空间和时间变系数则更具挑战性。所提出的算法GP-IDENT具有三个特点:(i)我们使用B样条基来表示未知的空时变系数,(ii)我们提出联合投影子空间追踪(GPSP)来找到各种复杂度水平的候选PDE序列,(iii)我们提出一种新的模型选择标准,即通过减少残差(RR)来选择最佳模型。新的GPSP方法考虑了组投影子空间,比现有方法更具有区分相关组特征的健壮性。我们在各种PDE和PDE系统上测试了GP-IDENT,并在不同设置下将其与最先进的参数PDE识别算法进行了比较,以说明其出色的性能。我们的实验表明,GP-IDENT在从大型词典中识别正确术语方面非常有效,而模型选择方案对噪声具有鲁棒性。

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