Dimensionally consistent learning with Buckingham Pi

圆周率 白金汉 数学 艺术 几何学 艺术史
作者
Joseph Bakarji,Jared Callaham,Steven L. Brunton,J. Nathan Kutz
出处
期刊:Nature Computational Science [Nature Portfolio]
卷期号:2 (12): 834-844 被引量:54
标识
DOI:10.1038/s43588-022-00355-5
摘要

In the absence of governing equations, dimensional analysis is a robust technique for extracting insights and finding symmetries in physical systems. Given measurement variables and parameters, the Buckingham Pi theorem provides a procedure for finding a set of dimensionless groups that spans the solution space, although this set is not unique. We propose an automated approach using the symmetric and self-similar structure of available measurement data to discover the dimensionless groups that best collapse these data to a lower dimensional space according to an optimal fit. We develop three data-driven techniques that use the Buckingham Pi theorem as a constraint: (1) a constrained optimization problem with a non-parametric input–output fitting function, (2) a deep learning algorithm (BuckiNet) that projects the input parameter space to a lower dimension in the first layer and (3) a technique based on sparse identification of nonlinear dynamics to discover dimensionless equations whose coefficients parameterize the dynamics. We explore the accuracy, robustness and computational complexity of these methods and show that they successfully identify dimensionless groups in three example problems: a bead on a rotating hoop, a laminar boundary layer and Rayleigh–Bénard convection. Three machine learning methods are developed for discovering physically meaningful dimensionless groups and scaling parameters from data, with the Buckingham Pi theorem as a constraint.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
lllll1243发布了新的文献求助10
1秒前
Fen3i发布了新的文献求助10
1秒前
汉堡包应助ll采纳,获得10
2秒前
2秒前
2秒前
3秒前
ste发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
人间打气筒完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
4秒前
拉长的鞅应助pero采纳,获得10
5秒前
长安完成签到,获得积分10
5秒前
su完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
6秒前
lilili发布了新的文献求助10
6秒前
刻苦冬菱完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
7秒前
半生半熟完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
zhangte发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
西头鱼发布了新的文献求助100
7秒前
7秒前
xiong发布了新的文献求助10
7秒前
8秒前
8秒前
科研通AI2S应助哎呀采纳,获得10
8秒前
科研通AI6.3应助蓝天采纳,获得30
9秒前
9秒前
10秒前
bclddmy完成签到,获得积分10
10秒前
Dawn发布了新的文献求助10
11秒前
Shengyuu完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
11秒前
11秒前
罗小琴完成签到,获得积分20
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Nondestructive Testing Handbook: Vol. 4, Thermal and Infrared Testing (IR), 4th ed 800
作者名:Kristopher P. Plain,悉尼大学的,目前只能查到其四篇论文,想找到其博士论文 590
Évora na Idade Média 555
Soil mites of the family Rhagidiidae (Actinedida: Eupodoidea). Morphology, Systematics, Ecology 520
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Radical Reactions 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7364751
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8973511
关于积分的说明 19075133
捐赠科研通 7009329
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3223850
关于科研通互助平台的介绍 2387612
邀请新用户注册赠送积分活动 2204719