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Extrapolating tipping points and simulating non-stationary dynamics of complex systems using efficient machine learning

Köglmayr, Daniel und Räth, Christoph (2024) Extrapolating tipping points and simulating non-stationary dynamics of complex systems using efficient machine learning. Scientific Reports. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41598-023-50726-9. ISSN 2045-2322.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://www.nature.com/articles/s41598-023-50726-9

Kurzfassung

Model-free and data-driven prediction of tipping point transitions in nonlinear dynamical systems is a challenging and outstanding task in complex systems science. We propose a novel, fully data-driven machine learning algorithm based on next-generation reservoir computing to extrapolate the bifurcation behavior of nonlinear dynamical systems using stationary training data samples. We show that this method can extrapolate tipping point transitions. Furthermore, it is demonstrated that the trained next-generation reservoir computing architecture can be used to predict non-stationary dynamics with time-varying bifurcation parameters. In doing so, post-tipping point dynamics of unseen parameter regions can be simulated.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/201955/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Extrapolating tipping points and simulating non-stationary dynamics of complex systems using efficient machine learning
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Köglmayr, DanielDaniel.Koeglmayr (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Räth, ChristophChristoph.Raeth (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 Januar 2024
Erschienen in:Scientific Reports
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1038/s41598-023-50726-9
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2045-2322
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Tipping Points, Nonlinear Dynamics, AI predictions, Reservoir Computing
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 - Kurzstudien [KIZ]
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für KI-Sicherheit
Hinterlegt von: Köglmayr, Daniel
Hinterlegt am:12 Jan 2024 16:00
Letzte Änderung:29 Jan 2024 13:09

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