Analysis and prediction of real-world complex systems of nonlinear dynamics relies largely on surrogate models. Reservoir computers (RC) have proven useful in replicating the climate of chaotic dynamics. The quality of surrogate models based on RCs is crucially dependent on judiciously determined optimal implementation that involves selecting optimal reservoir topology and hyperparameters. By systematically applying Bayesian hyperparameter optimization and using ensembles of reservoirs of various topology we show that the topology of linked reservoirs has no significance in forecasting dynamics of the chaotic Lorenz system. By simulations we show that simple reservoirs of unconnected nodes outperform reservoirs of linked reservoirs as surrogate models for the Lorenz system in different regimes. We give a derivation for why reservoirs of unconnected nodes have the maximum entropy and hence are optimal. We conclude that the performance of an RC is based on mere functional transformation, not in its dynamical properties as has been generally presumed. Hence, RC could be improved by including information on dynamics more strongly in the model.


翻译:对真实世界复杂的非线性动态系统的分析与预测主要依靠代位模型。储量计算机(RC)已证明在复制混乱动态气候方面非常有用。基于RC的替代模型的质量关键地取决于明智决定的最佳实施,其中包括选择最佳储油层表层和超光度计。通过系统地应用贝叶氏超光谱优化,并使用各种地形储层的集合,我们表明,连接储层的地形学在预测混乱的Lorenz系统的动态方面没有意义。通过模拟,我们发现,在不同的制度下,连接储层的未连接节点储层作为洛伦兹系统的代位模型,其简单储层的互不相连接的节点储层超越连接储层的组合。我们为没有连接的节点储层的储层之所以具有最大增温率,因而是最佳的缘由我们得出结论,RC的性能依据仅仅是功能转变,而不是一般假定的动态特性。因此,通过在模型中更有力地纳入关于动态的信息,可以改进RC的性能。

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