Many numerical methods for recovering ODE solutions from data rely on approximating the solutions using basis functions or kernel functions under a least square criterion. The accuracy of this approach hinges on the smoothness of the solutions. This paper provides a theoretical foundation for these methods by establishing novel results on the smoothness and covering numbers of ODE solution classes (as a measure of their "size"). Our results provide answers to "how do the degree of smoothness and the "size" of a class of ODEs affect the "size" of the associated class of solutions?" We show that: (1) for $y^{'}=f\left(y\right)$ and $y^{'}=f\left(x,\,y\right)$, if the absolute values of all $k$th ($k\leq\beta+1$) order derivatives of $f$ are bounded by $1$, then the solution can end up with the $(k+1)$th derivative whose magnitude grows factorially fast in $k$ -- "a curse of smoothness"; (2) our upper bounds for the covering numbers of the $(\beta+2)-$degree smooth solution classes are greater than those of the "standard" $(\beta+2)-$degree smooth class of univariate functions; (3) the mean squared error of least squares fitting for noisy recovery has a convergence rate no larger than $\left(\frac{1}{n}\right)^{\frac{2\left(\beta+2\right)}{2\left(\beta+2\right)+1}}$ if $n=\Omega\left(\left(\beta\sqrt{\log\left(\beta\vee1\right)}\right)^{4\beta+10}\right)$, and under this condition, the rate $\left(\frac{1}{n}\right)^{\frac{2\left(\beta+2\right)}{2\left(\beta+2\right)+1}}$ is minimax optimal in the case of $y^{'}=f\left(x,\,y\right)$; (4) more generally, for the higher order Picard type ODEs, $y^{\left(m\right)}=f\left(x,\,y,\,y^{'},\,...,y^{\left(m-1\right)}\right)$, the covering number of the solution class is bounded from above by the product of the covering number of the class $\mathcal{F}$ that $f$ ranges over and the covering number of the set where initial values lie.


翻译:从数据中恢复 ODE 解决方案的许多数字方法都依赖于使用基函数或内核函数来匹配解决方案 。 此方法的准确性取决于解决方案的平滑性。 本文为这些方法提供了一个理论基础, 如果所有 $s 平滑和覆盖 ODE 解决方案类别的数量( 作为“ 大小 ” 的度量 。 我们的结果提供了“ 平滑度和“ 大小” 类 ODE 影响相关解决方案类的“ 大小 ”? 我们显示:(1) $ ⁇ f\\ left (y\right) 美元和 $y\\\ fleft (x) \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ cright 美元 。 如果所有 $k\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

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