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Efficient forecasting of chaotic systems with block-diagonal and binary reservoir computing

Ma, Haochun und Prosperino, Davide und Haluszczynski, Alexander und Räth, Christoph (2023) Efficient forecasting of chaotic systems with block-diagonal and binary reservoir computing. Chaos. American Institute of Physics (AIP). doi: 10.1063/5.0151290. ISSN 1054-1500.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich bis 13 Juni 2024 - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.1063/5.0151290

Kurzfassung

The prediction of complex nonlinear dynamical systems with the help of machine learning has become increasingly popular in different areas of science. In particular, reservoir computers, also known as echo-state networks, turned out to be a very powerful approach, especially for the reproduction of nonlinear systems. The reservoir, the key component of this method, is usually constructed as a sparse, random network that serves as a memory for the system. In this work, we introduce block-diagonal reservoirs, which implies that a reservoir can be composed of multiple smaller reservoirs, each with its own dynamics. Furthermore, we take out the randomness of the reservoir by using matrices of ones for the individual blocks. This breaks with the widespread interpretation of the reservoir as a single network. In the example of the Lorenz and Halvorsen systems, we analyze the performance of block-diagonal reservoirs and their sensitivity to hyperparameters. We find that the performance is comparable to sparse random networks and discuss the implications with regard to scalability, explainability, and hardware realizations of reservoir computers.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/195466/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Efficient forecasting of chaotic systems with block-diagonal and binary reservoir computing
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ma, HaochunAGI / LMUNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prosperino, DavideAGINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haluszczynski, AlexanderAGINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Räth, ChristophChristoph.Raeth (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:12 Juni 2023
Erschienen in:Chaos
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1063/5.0151290
Verlag:American Institute of Physics (AIP)
ISSN:1054-1500
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Complex Systems, AI, Reservoir Computing, Prediction, Time Series Analysis
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Digitalisierung
DLR - Forschungsgebiet:D KIZ - Künstliche Intelligenz
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):D - PISA
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für KI-Sicherheit
Hinterlegt von: Räth, Christoph
Hinterlegt am:15 Jun 2023 12:37
Letzte Änderung:23 Jun 2023 13:32

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