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Koopman算子理论
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2025年11月15日 (六) 15:36的版本
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、
2025年11月15日 (六) 15:36
→动力学模式分解(DMD)
第261行:
第261行:
===DMD算法的详细步骤===
===DMD算法的详细步骤===
假设有一个系统,每隔一段时间 Δt就测量一次系统的状态。比如,一个网格上有 100x100 个点,每个点的温度、压力等数据组成一个很长的向量。采样测量了 m+1个时间点。
假设有一个系统,每隔一段时间 Δt就测量一次系统的状态。比如,一个网格上有 100x100 个点,每个点的温度、压力等数据组成一个很长的向量。采样测量了 m+1个时间点。
+
下图是一张关于DMD算法在流体流动应用上的示意图。
下图是一张关于DMD算法在流体流动应用上的示意图。
+
图中左侧展示了一系列实验图像,时间t从上到下增加,表示流体流经圆柱体时的动态变化。
图中左侧展示了一系列实验图像,时间t从上到下增加,表示流体流经圆柱体时的动态变化。
+
中间部分是数据收集和处理过程,通过矩阵运算将实验数据转换为适合分析的形式。
中间部分是数据收集和处理过程,通过矩阵运算将实验数据转换为适合分析的形式。
+
右侧展示了DMD的应用,包括诊断和时间动力学预测,以及未来状态的预测。图中使用红色虚线标注了过去和未来的时间线,并有彩色图形表示动态模式。
右侧展示了DMD的应用,包括诊断和时间动力学预测,以及未来状态的预测。图中使用红色虚线标注了过去和未来的时间线,并有彩色图形表示动态模式。
第270行:
第274行:
DMD算法:
DMD算法:
−
1.组建矩阵X和X'
+
1.组建矩阵X和X'
。
+
如上图中间的“collect data”.
如上图中间的“collect data”.
−
2.
对矩阵X进行奇异值分解(SVD):
<math> X = U Σ V*</math>
+
2.
计算X的SVD:
<math> X = U Σ V* </math>
通过SVD可以降维,只保留前 r个重要的模式(即低秩近似)。
通过SVD可以降维,只保留前 r个重要的模式(即低秩近似)。
第279行:
第284行:
3.计算Ã: Ã = U* X' V Σ⁻¹
3.计算Ã: Ã = U* X' V Σ⁻¹
−
à 可以看作是 A 在主要模式上的一个“精华版”。
+
4.
求解Ã的特征特征值和特征向量:
à W = W Λ
−
−
4.
计算Ã 的特征分解:
à W = W Λ
−
−
Λ 是一个对角矩阵,其对角线元素就是特征值 <math>λᵢ</math>。这些特征值决定了每个模式的动态行为(增长/衰减/振荡的频率)。
−
−
W的列是对应的特征向量。
−
5.
DMD 模式(Spatial Modes)
+
5.
DMD模态为:φ= λX'V Σ⁻¹w。
==扩展DMD==
==扩展DMD==
黄芸
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