在非线性动态系统中计算连接轨道的Jacobian-free变化方法
Omid Ashtari1, Tobias M Schneider1
1Emergent Complexity in Physical Systems Laboratory (ECPS), École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), CH-1015 Lausanne, Switzerland.
研究人员开发了一种新的变化方法,以在混乱系统中找到连接轨道. 这种强大的技术可以有效地计算高维系统中的复杂动力学,而无需雅可比矩阵.
科学领域:
- 动态系统和混沌理论
- 计算数学 计算数学 计算数学
- 非线性动力学是一种非线性动力学.
背景情况:
- 时空混乱通常由系统的混乱吸引力中的不稳定不变集合描述.
- 现有的数值方法难以确定这些集合之间的异临床和同临床联系.
- 计算连接轨道对于理解复杂的动态系统至关重要.
研究的目的:
- 为计算平衡解决方案之间的连接轨道提出一种新,强大的无矩阵变化方法.
- 克服传统的基于射击的方法在识别复杂的动态连接方面的局限性.
- 为了研究高维系统中的时空混乱.
主要方法:
- 一种变异性方法将连接轨道识别重新定义为最小化问题.
- 一个成本函数将试验曲线与矢量场的积分曲线的偏差处以惩罚.
- 采用了基于副次的最小化技术,避免了明确的雅可比矩阵计算.
- 这种方法在一维的Kuramoto-Sivashinsky方程中得到了证明.
主要成果:
- 提出的方法成功计算了平衡解决方案之间的连接轨道.
- 它可以在没有限制的情况下处理具有高维不稳定分流体的系统.
- 这种方法避免了在时间行进的混乱系统中常见的指数级误差放大.
- 线性内存缩放允许应用到高维动态系统.
结论:
- 无矩阵变量方法为计算连接轨道提供了强大的和高效的解决方案.
- 这种技术推进了空间时空混乱和复杂动态的研究.
- 它为分析高维非线性系统提供了强大的工具.
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