Feedback Long Short-Term Memory‎: ‎A Long Short-Term Memory-Based Framework for Multivariate Time Series Prediction in Chaotic Systems

سال انتشار: 1405
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 3

فایل این مقاله در 20 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_COAM-11-1_009

تاریخ نمایه سازی: 29 دی 1404

چکیده مقاله:

‎The prediction of chaotic time series is essential for understanding highly nonlinear and sensitive systems, with the Lorenz system serving as a standard benchmark due to its intricate and non-periodic dynamics‎. ‎Classical forecasting approaches often struggle to capture such irregularities‎, ‎ motivating a shift toward deep learning–based strategies‎. ‎In this study‎, ‎we develop two hybrid models—Feedback Long Short-Term Memory (FB-LSTM) and Feedback Variational Stacked LSTM (FBVS-LSTM)‎, ‎specifically designed for multivariate prediction of the Lorenz system‎. ‎‎‎‎‎‎By embedding feedback structures into LSTM networks‎, ‎the proposed methods deliver enhanced short-term prediction performance without substantial computational costs. ‎Comparative simulations indicate that our frameworks surpass traditional RNNs and baseline LSTM models‎, ‎ achieving prediction accuracies up to ۹۴%‎. ‎These findings indicate that feedback-enhanced architectures offer effective and practical tools for forecasting chaotic systems‎, ‎with potential applications in both scientific research and engineering practice‎.

نویسندگان

Saeed Mirzajani

Department of Basic Sciences‎, ‎Technical and Vocational University (TVU)‎, ‎Tehran‎, ‎Iran

Majid Roohi

Department of Mathematics‎, ‎Aarhus University‎‎, ‎Denmark‎.

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • A numerical method for solving fractional optimal control problems using the operational matrix of Mott polynomials [مقاله ژورنالی]
  • Using Mott polynomials operational matrices to optimize multi-dimensional fractional optimal control problems [مقاله ژورنالی]
  • Alikhanov, A.A., Shahbazi Asl, M., Li, D. (۲۰۲۴). “A novel ...
  • Al Nassan, W., Bonny, T., Obaideen, K., Hammal, A.A. (۲۰۲۲). ...
  • Shahbazi Asl, M., Javidi, M. (۲۰۱۹). “Numerical evaluation of order ...
  • Berliner, L.M. (۱۹۹۱). “Likelihood and Bayesian prediction of chaotic systems”. ...
  • Bingi, K., Mozhi Devan, P.A., Azmadi Hussin, F. (۲۰۲۱). “Reconstruction ...
  • Cao, S., Feng, P., Kang, W., Chen, Z., Wang, B. ...
  • Chen, Y., Huang, H., Huang, K., Roohi, M., Tang, C. ...
  • On the numerical solution of optimal control problems via Bell polynomials basis [مقاله ژورنالی]
  • Dudukcu, H.V., Taskiran, M., Taskiran, Z.G.C., Yildirim, T. (۲۰۲۳). “Temporal ...
  • Vasant Dudul, S. (۲۰۰۵). “Prediction of a Lorenz chaotic attractor ...
  • Ebadi, M., Haghighi, A.R., Maleki, I.M., Ebadian, A. (۲۰۲۱). “FBSM ...
  • Ewees, A.A., Abd Elaziz, M., Alameer, Z., Ye, H., Jianhua, ...
  • Fini, A.T., Fattahi, A., Musavi, S. (۲۰۲۳). “Machine learning prediction ...
  • Fouladgar, N., Främling, K. (۲۰۲۰). “A novel LSTM for multivariate ...
  • García-Merino, J.C., Calvo-Jurado, C., Martínez-Pañeda, E., García-Macías, E. (۲۰۲۳). “Multi-element ...
  • Hochreiter, S., Schmidhuber, J. (۱۹۹۷). “Long short-term memory”. Neural Computation, ...
  • Jia, B., Wu, H., Guo, K. (۲۰۲۴). “Chaos theory meets ...
  • Laurent, T., Von Brecht, J. (۲۰۱۶). “A recurrent neural network ...
  • Lei, Y., Hu, J., Ding, J. (۲۰۲۰). “A hybrid model ...
  • Liu, S., Wang, Q., Liu, C., Sun, Y., He, L. ...
  • Liu, Q., Peng, H., Long, L., Wang, J., Yang, Q., ...
  • Long, L., Liu, Q., Peng, H., Wang, J., Yang, Q. ...
  • Lorenz, E.N. (۲۰۱۷). “Deterministic nonperiodic flow”. In: Hunt, B.R., Li, ...
  • Madondo, M., Gibbons, T.E. (۲۰۱۸). “Learning and modeling chaos using ...
  • Mahmoudi, A. (۲۰۲۵). “Investigating LSTM-based time series prediction using dynamic ...
  • Mukherjee, S., Osuna, E., Girosi, F. (۱۹۹۷). “Nonlinear prediction of ...
  • Özalp, E., Margazoglou, G., Magri, L. (۲۰۲۳). “Physics-informed long short-term ...
  • Pradeepkumar, D., Ravi, V. (۲۰۱۶). “FOREX rate prediction using chaos ...
  • Qu, J., Zhao, T., Ye, M., Li, J., Liu, C. ...
  • Rao, H., Zhao, Y., Chen, H.-P. (۲۰۲۵). “Predicting chaotic system ...
  • Rojas, L., Yepes, V., García, J. (۲۰۲۵). “Complex dynamics and ...
  • Roohi, M., Mirzajani, S., Basse-O’Connor, A. (۲۰۲۳). “A no-chatter single-input ...
  • Roohi, M., Mirzajani, S., Haghighi, A.R., Basse-O’Connor, A. (۲۰۲۴). “Robust ...
  • Sandubete, J.E., Escot, L. (۲۰۲۰). “Chaotic signals inside some tick-by-tick ...
  • Sangiorgio, M., Dercole, F. (۲۰۲۰). “Robustness of LSTM neural networks ...
  • Sarveswararao, V., Ravi, V., Vivek, Y. (۲۰۲۳). “ATM cash demand ...
  • Su, L., Xiong, L., Yang, J. (۲۰۲۳). “Multi-Attn BLS: Multi-head ...
  • Szczęsna, A., Augustyn, D., Harężlak, K., Josiński, H., Świtoński, A., ...
  • Terziyska, M., Terziyski, Z., Todorov, Y. (۲۰۲۱). “A long-short term ...
  • Thoai, V.P., Kahkeshi, M.S., Huynh, V.V., Ouannas, A., Pham, V.-T. ...
  • Vlachas, P.R., Byeon, W., Wan, Z.Y., Sapsis, T.P. and Koumoutsakos, ...
  • Wang, L., Dai, L. (۲۰۲۳). “Chaotic time series prediction of ...
  • Wen, S.-C., Yang, C.-H. (۲۰۲۱). “Time series analysis and prediction ...
  • Weng, T., Yang, H., Gu, C., Zhang, J., Small, M. ...
  • Wu, T., Gao, X., An, F., Kurths, J. (۲۰۲۳). “The ...
  • Yanan, G., Xiaoqun, C., Bainian, L., Kecheng, P. (۲۰۲۰). “Chaotic ...
  • Yeo, Y., Um, D. (۲۰۲۵).“The butterfly effect: Color-guided image generation ...
  • Yurovsky, V.A. (۲۰۲۳). “Exploring integrability-chaos transition with a sequence of ...
  • Zhou, S., Guo, S., Du, B., Huang, S., Guo, J. ...
  • Zuo, X., Zhu, R., Zhou, Y. (۲۰۲۳). “Online tracking and ...
  • نمایش کامل مراجع