We consider the sample efficient estimation of failure probabilities from expensive oracle evaluations of a limit state function via importance sampling (IS). In contrast to conventional ``two stage'' approaches, which first train a surrogate model for the limit state and then construct an IS proposal to estimate failure probability using separate oracle evaluations, we propose a \emph{single stage} approach where a Gaussian process surrogate and a surrogate for the optimal (zero-variance) IS density are trained from shared evaluations of the oracle, making better use of a limited budget. With such an approach, small failure probabilities can be learned with relatively few oracle evaluations. We propose \emph{kernel density estimation adaptive importance sampling} (\texttt{KDE-AIS}), which combines Gaussian process surrogates with kernel density estimation to adaptively construct the IS proposal density, leading to sample efficient estimation of failure probabilities. We show that \texttt{KDE-AIS} density asymptotically converges to the optimal zero-variance IS density in total variation. Empirically, \texttt{KDE-AIS} enables accurate and sample efficient estimation of failure probabilities compared to the state of the art, including previous work on Gaussian process based adaptive importance sampling.


翻译:本文关注通过重要性采样,从极限状态函数的高耗时代价预言机评估中高效估计失效概率的问题。与传统的“两阶段”方法(即先训练极限状态的代理模型,再构建重要性采样建议分布,并利用独立的预言机评估来估计失效概率)不同,我们提出了一种“单阶段”方法,其中高斯过程代理模型和最优(零方差)重要性采样密度的代理模型通过共享预言机评估进行训练,从而更有效地利用有限预算。采用这种方法,可以用相对较少的预言机评估学习到小的失效概率。我们提出了核密度估计自适应重要性采样(\texttt{KDE-AIS}),该方法将高斯过程代理模型与核密度估计相结合,自适应地构建重要性采样建议密度,从而实现失效概率的高效样本估计。我们证明了\texttt{KDE-AIS}密度在总变差距离上渐近收敛于最优零方差重要性采样密度。实验表明,与现有最先进方法(包括基于高斯过程的自适应重要性采样的先前工作)相比,\texttt{KDE-AIS}能够实现准确且样本高效的失效概率估计。

0
下载
关闭预览

相关内容

《基于超视距空战模拟的有效导弹发射监督机器学习》
专知会员服务
51+阅读 · 2023年7月10日
自动特征工程在推荐系统中的研究
DataFunTalk
10+阅读 · 2019年12月20日
从信息论的角度来理解损失函数
深度学习每日摘要
17+阅读 · 2019年4月7日
详解常见的损失函数
七月在线实验室
20+阅读 · 2018年7月12日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
24+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2013年12月31日
VIP会员
最新内容
反制无人机:乌克兰提供的五点启示
专知会员服务
9+阅读 · 9月23日
《各指挥层级均亟需红队能力》报告
专知会员服务
8+阅读 · 9月23日
《航电任务系统框架(FAMOS)》50页报告
专知会员服务
5+阅读 · 9月22日
《对抗行动中的人工智能与自主性》智库报告
专知会员服务
10+阅读 · 9月22日
《从数据到胜利:战争中的分析优势之争》
专知会员服务
12+阅读 · 9月22日
战争不仅需要机器人:人类仍不可或缺
专知会员服务
6+阅读 · 9月21日
《描绘美国防部创新基础设施的未来蓝图》100页
专知会员服务
12+阅读 · 9月21日
相关VIP内容
《基于超视距空战模拟的有效导弹发射监督机器学习》
专知会员服务
51+阅读 · 2023年7月10日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
24+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
16+阅读 · 2013年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员