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Controlling dynamical systems to arbitrary target states using classical-, next-generation- and the new minimal reservoir computing

Haluszczynski, Alexander und Köglmayr, Daniel und Räth, Christoph (2024) Controlling dynamical systems to arbitrary target states using classical-, next-generation- and the new minimal reservoir computing. Dynamic Days US 2024, 2025-01-08 - 2025-01-10, Davis, USA.

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Kurzfassung

Utilizing machine learning to control nonlinear dynamical systems not only enables the imposition of simple behavior such as periodicity but also to drive the system into more intricate, arbitrary dynamics. The key lies in the machine learning system’s capacity to replicate the desired dynamics. To showcase this concept, we control a chaotic parametrization of the Lorenz system into intermittent dynamics. We start by employing classical reservoir computing (RC) and confirm its performance in this task. Subsequently, we conducted a comparative analysis with varying amounts of training data, benchmarking classical reservoir computing against next-generation reservoir computing as well as a newly presented approach called “minimal reservoir computing”. The latter is characterized by a simplified architecture, which is further minimizing computational resources. Our results demonstrate that, particularly in situations where data is scarce, both next-generation and minimal reservoir computing outperform classical reservoir computing, leading to a substantial enhancement in performance. In particular, the performance of minimal reservoir computing is comparable to next-generation reservoir computing. Given the advantages of minimal reservoir computing in the context of hardware implementations, this makes it an appealing choice for practical control applications in real-world scenarios with restricted access to data.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/212757/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Controlling dynamical systems to arbitrary target states using classical-, next-generation- and the new minimal reservoir computing
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Haluszczynski, AlexanderAGINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Köglmayr, DanielDaniel.Koeglmayr (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0004-6712-2093NICHT SPEZIFIZIERT
Räth, ChristophChristoph.Raeth (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:9 Januar 2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Machine Learning, Control, Complex Systems, Reservoir Computing
Veranstaltungstitel:Dynamic Days US 2024
Veranstaltungsort:Davis, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:8 Januar 2025
Veranstaltungsende:10 Januar 2025
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:20 Feb 2025 15:05
Letzte Änderung:20 Feb 2025 15:05

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