This work proposes a hyper-reduction method for nonlinear parametric dynamical systems characterized by gradient fields such as (port-)Hamiltonian systems and gradient flows. The gradient structure is associated with conservation of invariants or with dissipation and hence plays a crucial role in the description of the physical properties of the system. Traditional hyper-reduction of nonlinear gradient fields yields efficient approximations that, however, lack the gradient structure. We focus on Hamiltonian gradients and we propose to first decompose the nonlinear part of the Hamiltonian, mapped into a suitable reduced space, into the sum of d terms, each characterized by a sparse dependence on the system state. Then, the hyper-reduced approximation is obtained via discrete empirical interpolation (DEIM) of the Jacobian of the derived d-valued nonlinear function. The resulting hyper-reduced model retains the gradient structure and its computationally complexity is independent of the size of the full model. Moreover, a priori error estimates show that the hyper-reduced model converges to the reduced model and the Hamiltonian is asymptotically preserved. Whenever the nonlinear Hamiltonian gradient is not globally reducible, i.e. its evolution requires high-dimensional DEIM approximation spaces, an adaptive strategy is performed. This consists in updating the hyper-reduced Hamiltonian via a low-rank correction of the DEIM basis. Numerical tests demonstrate the applicability of the proposed approach to general nonlinear operators and runtime speedups compared to the full and the reduced models.
翻译:这项工作为非线性参数动态系统提出了一种高降法, 其特点是( 港- 港) Hamilton 系统和梯度流等梯度字段。 梯度结构与变量保护或分散有关, 因此在描述系统物理属性方面发挥着关键作用。 非线性梯度字段的传统超降法产生高效近似值, 但缺乏梯度结构 。 我们侧重于汉密尔顿梯度, 并提议首先将汉密尔顿梯度的非线性部分分解为适当的减幅空间, 以对系统状态的依赖程度为总和, 每一个值都以对系统状态的依赖度为特征。 然后, 高降的近似近似通过衍生非线性I( DEIM) 实证间推法( DEIM) 获得, 由此产生的超线性梯度模型保留了梯度结构及其计算的复杂性, 与整个模型的大小无关。 此外, 预先的误判法显示, 超线模型与降型模型相融合, 汉密尔顿型模型作为对系统状态的适量性总可达性值, 。 当不通过不进行 IM 高级的升级 测试时, 将 向 进行 的 水平 的 。 的 水平 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 水平 的 的 的 的 的 水平 的 的 的 的 的 的 的 将 向 向 向 向 向 向 向 向 向 向 向 向 向 的 的 的 的 的 进行 进行 进行 进行 的 进行 进行 进行 的 的 的 的 的 进行 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的