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Predicting High-Dimensional Chaotic Time Series by Employing Hybridized Local State Reservoir Computing

Köglmayr, Daniel und Baur, Sebastian und Nakano, Tamon und Fischbach, Fabian und Ducan, Denis und Haluszczynski, Alexander und Klatt, Michael Andreas und Haochun, Ma und Prosperino, Davide und Räth, Christoph (2025) Predicting High-Dimensional Chaotic Time Series by Employing Hybridized Local State Reservoir Computing. Dynamic Days US 2025, 2025-01-03 - 2025-01-05, Denver, USA. (im Druck)

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Kurzfassung

Reservoir Computing (RC) has been shown to be one of the most promising methods for the prediction of chaotic spatiotemporal systems. Recently it has been demonstrated that by combining knowledge-based models (KBMs) with fully data-driven RC, prediction performance exceeding both methods can be achieved. Additionally, this approach is compatible with a parallel prediction scheme based on local states, making forecasting of high-dimensional chaotic spatiotemporal systems of arbitrarily large extent possible. We demonstrate this using three of the most common RC techniques, namely classical RC, Next Generation RC (NGRC), and Minimal RC (MRC), as well as three hybrid methods: input hybrid (IH), output hybrid (OH), and full hybrid (FH). A find that NGRC and MRC yield equivalent prediction performance with up to two orders of magnitude less computing time and training data than classical RC. Furthermore, our implementation of these techniques in the publicly available software package “SCAN” (Software for Chaos Analysis using Networks) enables the processing of generalized system topologies. We discuss different examples for the prediction of spatially extended systems, whether on a two-dimensional plane or a network (e.g. power grid data), and outline possible applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/212753/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Predicting High-Dimensional Chaotic Time Series by Employing Hybridized Local State Reservoir Computing
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Köglmayr, DanielDaniel.Koeglmayr (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0004-6712-2093NICHT SPEZIFIZIERT
Baur, SebastianSebastian.Baur (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1924-8009NICHT SPEZIFIZIERT
Nakano, Tamontamon.nakano (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fischbach, Fabianfabian.fischbach (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9834-4394NICHT SPEZIFIZIERT
Ducan, DenisLMUNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haluszczynski, AlexanderAGINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klatt, Michael Andreasmichael.klatt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1029-5960NICHT SPEZIFIZIERT
Haochun, MaAGINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prosperino, DavideAGINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Räth, ChristophChristoph.Raeth (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 Januar 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:im Druck
Stichwörter:Machine Learning, Complex Systems, Prediction, Reservoir Computing, Physical-Informed Machine Learning, High dimensional Nonlinear Dynamics
Veranstaltungstitel:Dynamic Days US 2025
Veranstaltungsort:Denver, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:3 Januar 2025
Veranstaltungsende:5 Januar 2025
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Verkehrssystem
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V VS - Verkehrssystem
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - RESIKOAST - Resiliente Versorgungsinfrastruktur und Warenströme im Kontext küstennaher Extremwetterereignisse, R - Impulsprojekt RESIKOAST: Resiliente Versorgungsinfrastruktur und Warenströme im Kontext küstennaher Extremwetterereignisse
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für KI-Sicherheit
Institut für Materialphysik im Weltraum
Hinterlegt von: Köglmayr, Daniel
Hinterlegt am:20 Feb 2025 15:05
Letzte Änderung:27 Feb 2025 13:19

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