Lorenz 시스템의 역학 모델과 자료기반 인공지능 모델의 특성 비교

• Published in: Pada (Hanʼguk Haeyang Hakhoe) Vol. 28; no. 4; pp. 133 - 142
• Main Authors: 김영호, 임나경, 김민우, 정재희, 정은서, YOUNG HO KIM, NAKYOUNG IM, MIN WOO KIM, JAE HEE JEONG, EUN SEO JEONG
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 2023
• Subjects: RNN-LSTM; Lorenz system; Machine learning; Artificial intelligence; Chaotic
• ISSN: 1226-2978; 2671-8820

In this paper, we built a data-driven artificial intelligence model using RNN-LSTM (Recurrent Neural Networks-Long Short-Term Memory) to predict the Lorenz system, and examined the possibility of whether this model can replace chaotic dynamic models. We confirmed that the data-driven model reflects the chaotic nature of the Lorenz system, where a small error in the initial conditions produces fundamentally different results, and the system moves around two stable poles, repeating the transition process, the characteristic of "deterministic non-periodic flow", and simulates the bifurcation phenomenon. We also demonstrated the advantage of adjusting integration time intervals to reduce computational resources in data-driven models. Thus, we anticipate expanding the applicability of data-driven artificial intelligence models through future research on refining data-driven models and data assimilation techniques for data-driven models. 이 논문에서는 RNN (Recurrent Neural Networks)-LSTM (Long Short-Term Memory) 을 적용하여 Lorenz 시스템을 예측하는 자료 기반 인공지능 모델을 구축하고, 이 모델이 미분방정식을 차분화하여 해를 구하는 역학 모델을 대체할 수 있는지 가능성을 진단하였다. 구축된 자료기반 모델이 초기 조건의 작은 교란이 근본적으로 다른 결과를 만들어내는 Lorenz 시스템의 카오스적인 특성을 반영한다는 것과, 시스템의 안정적인 두 개의 닻을 중심으로 운동하면서 전이 과정을 반복하는 특성, "결정론적 불규칙 흐름"의 특성, 분기 현상을 모사한다는 것을 확인하였다. 또한, 적분 시간 간격을 조절함으로써 전산자원을 절감할 수 있는 자료기반 모델의 장점을 보였다. 향후 자료기반 모델의 정교화와 자료기반 모델을 위한 자료동화 기법의 연구를 통해 자료기반 인공지능 모델의 활용성을 확대할 수 있을 것으로 기대한다.