Large particle systems are often described by high-dimensional (linear) kinetic equations that are simulated using Monte Carlo methods for which the asymptotic convergence rate is independent of the dimensionality. Even though the asymptotic convergence rate is known, predicting the actual value of the statistical error remains a challenging problem. In this paper, we show how the statistical error of an analog particle tracing Monte Carlo method can be calculated (expensive) and predicted a priori (cheap) when estimating quantities of interest (QoI) on a histogram. We consider two types of QoI estimators: point estimators for which each particle provides one independent contribution to the QoI estimates, and analog estimators for which each particle provides multiple correlated contributions to the QoI estimates. The developed statistical error predictors can be applied to other QoI estimators and nonanalog simulation routines as well. The error analysis is based on interpreting the number of particle visits to a histogram bin as the result of a (correlated) binomial experiment. The resulting expressions can be used to optimize (non)analog particle tracing Monte Carlo methods and hybrid simulation methods involving a Monte Carlo component, as well as to select an optimal particle tracing Monte Carlo method from several available options. Additionally, the cheap statistical error predictors can be used to determine a priori the number of particles N that is needed to reach a desired accuracy. We illustrate the theory using a linear kinetic equation describing neutral particles in the plasma edge of a fusion device and show numerical results. The code used to perform the numerical experiments is openly available.


翻译:大型粒子系统通常由高维(线性)动力学方程描述,这些方程采用蒙特卡洛方法进行模拟,其渐近收敛速率与维度无关。尽管渐近收敛速率已知,但预测统计误差的实际值仍是一个具有挑战性的问题。本文展示了在直方图上估计感兴趣量时,如何计算(昂贵)和先验预测(廉价)模拟粒子追踪蒙特卡洛方法的统计误差。我们考虑两类感兴趣量估计器:点估计器(每个粒子为感兴趣量估计提供一个独立贡献)和模拟估计器(每个粒子为感兴趣量估计提供多个相关贡献)。所开发的统计误差预测器也可应用于其他感兴趣量估计器和非模拟仿真流程。误差分析基于将粒子访问直方图区间的次数解释为(相关)二项实验的结果。所得表达式可用于优化(非)模拟粒子追踪蒙特卡洛方法及包含蒙特卡洛组件的混合仿真方法,也可用于从多个可用选项中选择最优的粒子追踪蒙特卡洛方法。此外,廉价的统计误差预测器可用于先验确定达到期望精度所需的粒子数N。我们以描述聚变装置等离子体边缘中性粒子的线性动力学方程为例阐释该理论,并展示数值结果。数值实验所用代码已公开提供。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017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
0+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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2021年9月13日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Adaptive Synthetic Characters for Military Training
Arxiv
50+阅读 · 2021年1月6日
Arxiv
17+阅读 · 2018年4月2日
VIP会员
最新内容
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
1+阅读 · 45分钟前
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
0+阅读 · 今天4:16
美军条令《海军陆战队规划流程(2026版)》
专知会员服务
6+阅读 · 今天3:36
《压缩式分布式交互仿真标准》120页
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:21
《电子战数据交换模型研究报告》
专知会员服务
5+阅读 · 今天3:13
《基于Transformer的异常舰船导航识别与跟踪》80页
《低数据领域军事目标检测模型研究》
专知会员服务
5+阅读 · 今天2:37
【CMU博士论文】物理世界的视觉感知与深度理解
伊朗战争停火期间美军关键弹药状况分析
专知会员服务
8+阅读 · 4月22日
电子战革命:塑造战场的十年突破(2015–2025)
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017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
0+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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员