This work proposes a Bayesian inference method for the reduced-order modeling of time-dependent systems. Informed by the structure of governing equations, the task of learning a reduced-order model from data is posed as a Bayesian inversion problem with Gaussian prior and likelihood. The operators defining the reduced-order model, rather than being chosen deterministically, are characterized probabilistically as posterior Gaussian distributions. This embeds uncertainty into the reduced-order model, and hence the predictions subsequently issued by the reduced-order model are endowed with uncertainty. The learned reduced-order models are computationally efficient, which enables Monte Carlo sampling over the posterior distributions of reduced-order operators. Furthermore, the proposed Bayesian framework provides a statistical interpretation of the Tikhonov regularization incorporated in the operator inference, and the empirical Bayes approach of maximum marginal likelihood suggests a selection algorithm for the regularization hyperparameters. The proposed method is demonstrated by two examples: the compressible Euler equations with noise-corrupted observations, and a single-injector combustion process.


翻译:这项工作为时间依赖系统的减序建模提出了一种贝叶斯推论方法。根据管理方程式的结构,从数据中学习减序模型的任务被作为贝叶斯偏移的问题与高斯先前和可能性一起提出。界定减序模型的操作者,而不是从确定的角度加以选择,其特征是概率性地被描述为后游高斯分布。这在减序模型中嵌入不确定性,因此减序模型随后发布的预测具有不确定性。所学的减序模型具有计算效率,使蒙特卡洛能够对减序操作者的后游分布进行取样。此外,拟议的巴伊西亚框架提供了对操作者推断中包含的Tikhonov正规化的统计解释,而实验性边际分布法则提出了规范超参数的选择算法。提议的方法通过两个例子加以证明:有噪音干扰观察的可压缩欧勒方程式和单导点燃烧过程。

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