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Time-delayed transformers for data-driven modeling of low-dimensional dynamics

Alcalde, Albert und Widhalm, Markus und YILMAZ, EMRE (2026) Time-delayed transformers for data-driven modeling of low-dimensional dynamics. Machine Learning: Science and Technology, 7 (4), 045038. Institute of Physics (IOP) Publishing. doi: 10.1088/2632-2153/ae8e2d. ISSN 2632-2153.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2632-2153/ae8e2d

Kurzfassung

We propose the time-delayed transformer (TD-TF), a simplified TF architecture for data-driven modeling of unsteady spatio-temporal dynamics. TD-TF bridges linear operator-based methods and deep sequence models by showing that a single-layer, single-head TF can be interpreted as a nonlinear generalization of TD dynamic mode decomposition. The architecture is deliberately minimal, consisting of one self-attention layer with a single query per prediction and one feedforward layer, resulting in linear computational complexity in sequence length and a small parameter count. Numerical experiments demonstrate that TD-TF matches the performance of linear baselines on near-linear systems, while significantly outperforming them in nonlinear and chaotic regimes, where it accurately captures long-term dynamics. Validation studies on synthetic signals, unsteady aerodynamics, the Lorenz'63 system, and a reaction-diffusion model show that TD-TF preserves the interpretability and efficiency of linear models while providing substantially enhanced expressive power for complex dynamics.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226574/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Time-delayed transformers for data-driven modeling of low-dimensional dynamics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Alcalde, Albertalbert.alcalde (at) fau.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Widhalm, MarkusMarkus.Widhalm (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
YILMAZ, EMREemre.yilmaz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 August 2026
Erschienen in:Machine Learning: Science and Technology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:7
DOI:10.1088/2632-2153/ae8e2d
Seitenbereich:045038
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Cranmer, Kylekyle.cranmer (at) wisc.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Institute of Physics (IOP) Publishing
ISSN:2632-2153
Status:veröffentlicht
Stichwörter:transformers, self-attention mechanism, scientific machine learning
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Digitale Technologien
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > CASE, BS
Hinterlegt von: YILMAZ, EMRE
Hinterlegt am:05 Okt 2026 09:46
Letzte Änderung:15 Okt 2026 14:15

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