Sparse Identification of Nonlinear Dynamics (SINDy) has been shown to successfully recover governing equations from data; however, this approach assumes the initial condition to be exactly known in advance and is sensitive to noise. In this work we propose an integral SINDy (ISINDy) method to simultaneously identify model structure and parameters of nonlinear ordinary differential equations (ODEs) from noisy time-series observations. First, the states are estimated via penalized spline smoothing and then substituted into the integral-form numerical discretization solver, leading to a pseudo-linear regression. The sequential threshold least squares is performed to extract the fewest active terms from the overdetermined set of candidate features, thereby estimating structural parameters and initial condition simultaneously and meanwhile, making the identified dynamics parsimonious and interpretable. Simulations detail the method's recovery accuracy and robustness to noise. Examples include a logistic equation, Lokta-Volterra system, and Lorenz system.


翻译:对非线性动态的简单识别(SINDI)显示,它成功地从数据中恢复了对等方程式;然而,这种方法假定了最初的条件是事先确切知道的,并且对噪音敏感。在这项工作中,我们建议采用一个综合的SINDI(ISINDI)方法,同时从噪音的时间序列观测中确定非线性普通差异方程式的模型结构和参数。首先,通过惩罚性滑动样条来估算各州,然后将其替换为整体-形式数字离散解解解解解解解解解器,从而导致一个假线性回归。按顺序门槛最小方块进行计算,以便从确定得过高的候选特征中提取最少数的主动条件,从而同时估算结构参数和初始条件,从而使所查明的动态具有可同时和可解释性。模拟该方法的恢复准确性和对噪音的稳健性。例如后勤方程式、Lokta-Volterra系统和Lorenz系统。

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