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기술

약형 SINDy

약형 SINDy기술
영문명
Weak SINDy
약칭
WSINDy
핵심 도구
시험 함수와 부분적분
대표 목표
점별 미분 추정의 잡음 완화
약형 SINDy는 관측값을 점마다 수치 미분하는 대신 시험 함수와 적분 관계를 이용해 희소 동역학 방정식을 추정하는 방법이다. 부분적분으로 미분을 알려진 시험 함수 쪽으로 옮겨 측정 잡음의 영향을 줄이는 데 활용한다.

미분을 어디에 적용하는가

방정식 x점=f(x)에 시험 함수 φ를 곱해 적분한다. 구간 양 끝에서 φ가 0이면 부분적분으로 −∫φ′x=∫φf(x)를 얻는다. 왼쪽에서 측정값 x를 직접 미분하지 않고 미리 정한 φ의 미분을 사용한다. 끝값이 0이 아니면 경계항을 포함해야 한다.

일차 함수의 확인 예제

구간 [0,1]에서 x(t)=t, φ(t)=t(1−t)라고 하자. 왼쪽은 −∫₀¹(1−2t)t dt=1/6이고 오른쪽은 x점=1이므로 ∫₀¹t(1−t)dt=1/6이다. 정확한 함수에서는 두 값이 같다. 실제 표본에서는 이 적분도 수치적으로 근사해야 한다.

적분 사전에서 회귀하기

여러 시험 함수와 구간을 사용해 후보 함수의 가중 적분을 열로 모으고 계수를 희소 회귀로 추정한다. 서로 겹치는 적분 구간의 오차는 상관될 수 있으므로 각 적분값을 무조건 독립 관측으로 보는 것은 적절하지 않을 수 있다. 시험 함수의 폭과 위치도 결과에 영향을 준다.

잡음이 없어지는 것은 아니다

적분은 점별 미분의 잡음 증폭을 완화할 수 있지만 잘못된 후보 사전이나 부족한 표본을 해결하지는 않는다. 수치 적분 오차와 관측 잡음, 비선형 함수에 잡음이 들어갈 때의 편향을 함께 고려한다. 같은 자료를 여러 번 적분했다고 독립적인 새 궤적을 얻는 것도 아니다. 추정 식은 별도 궤적에서도 검증한다.

관련 문서

SINDy / PDE-FIND / 부분적분 / 약한 해 / 수치 적분 / 최소제곱법