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A generalized method for estimating parameters of chaotic systems using synchronization with modern optimizers

Prosperino, Davide und Ma, Haochun und Räth, Christoph (2025) A generalized method for estimating parameters of chaotic systems using synchronization with modern optimizers. Journal of Physics: Complexity, 6 (1), 015012. Institute of Physics Publishing. doi: 10.1088/2632-072X/adaa46. ISSN 2632-072X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1088/2632-072X/adaa46

Kurzfassung

Deriving governing equations from time series data is an ongoing topic of research across different disciplines in science. While the terms of the governing equations can be reconstructed by combinations of the input coordinates or other more sophisticated methods, inferring the coefficients of each term is a complex task on its own. Here, we extend and discuss an algorithm for finding the correct coefficients of the governing equations of chaotic systems by introducing a unidirectional coupling. We achieve this by treating the data as a primary system and coupling a secondary system to it. Then by inducing synchronization, we can push the parameters of the secondary system in the direction minimizing a loss function. After the loss has reached its minimum, the found parameters are a good estimate of the real parameters producing the data. We apply our algorithm on numerous chaotic systems and we find that this method identifies the correct coefficients for all of them, while being robust to noise and incorrect terms in the governing equations. Additionally, we discover that the Lorenz equations are not the only ones producing the—or a—butterfly-shaped attractor.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/214503/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A generalized method for estimating parameters of chaotic systems using synchronization with modern optimizers
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Prosperino, DavideNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0009-0005-3878-2460NICHT SPEZIFIZIERT
Ma, HaochunNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0009-0008-5894-0448NICHT SPEZIFIZIERT
Räth, ChristophNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-5545-3029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2025
Erschienen in:Journal of Physics: Complexity
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:6
DOI:10.1088/2632-072X/adaa46
Seitenbereich:015012
Verlag:Institute of Physics Publishing
ISSN:2632-072X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:chaotic systems, synchronization, machine learning, ADAM, parameter estimation
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: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Materialphysik im Weltraum > Wissenschaftliche Experimente
Hinterlegt von: Räth, Christoph
Hinterlegt am:16 Jun 2025 10:11
Letzte Änderung:26 Jun 2025 09:14

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