Reliability analysis is a sub-field of uncertainty quantification that assesses the probability of a system performing as intended under various uncertainties. Traditionally, this analysis relies on deterministic models, where experiments are repeatable, i.e., they produce consistent outputs for a given set of inputs. However, real-world systems often exhibit stochastic behavior, leading to non-repeatable outcomes. These so-called stochastic simulators produce different outputs each time the model is run, even with fixed inputs. This paper formally introduces reliability analysis for stochastic models and addresses it by using suitable surrogate models to lower its typically high computational cost. Specifically, we focus on the recently introduced generalized lambda models and stochastic polynomial chaos expansions. These emulators are designed to learn the inherent randomness of the simulator's response and enable efficient uncertainty quantification at a much lower cost than traditional Monte Carlo simulation. We validate our methodology through three case studies. First, using an analytical function with a closed-form solution, we demonstrate that the emulators converge to the correct solution. Second, we present results obtained from the surrogates using a toy example of a simply supported beam. Finally, we apply the emulators to perform reliability analysis on a realistic wind turbine case study, where only a dataset of simulation results is available.


翻译:可靠性分析是不确定性量化领域的一个分支,旨在评估系统在各种不确定性条件下按预期运行的概率。传统上,该分析依赖于确定性模型,其中实验具有可重复性,即对于给定输入集能产生一致的输出。然而,实际系统常表现出随机特性,导致结果不可重复。这类所谓的随机模拟器即使在输入固定的情况下,每次运行模型也会产生不同的输出。本文正式引入针对随机模型的可靠性分析方法,并通过采用合适的代理模型来降低其通常较高的计算成本。具体而言,我们聚焦于近期提出的广义λ模型与随机多项式混沌展开方法。这些代理模型旨在学习模拟器响应固有的随机性,并能以远低于传统蒙特卡洛模拟的成本实现高效的不确定性量化。我们通过三个案例研究验证了所提方法:首先,利用具有解析解的数学函数证明代理模型能够收敛至正确解;其次,通过简支梁的示例模型展示基于代理模型的量化结果;最后,将代理模型应用于实际风力涡轮机的可靠性分析案例,该案例中仅存在仿真结果的数据集。

1
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
自动结构变分推理,Automatic structured variational inference
专知会员服务
41+阅读 · 2020年2月10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
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
12+阅读 · 2020年7月21日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30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
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5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
1+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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
69+阅读 · 2022年9月7日
Arxiv
16+阅读 · 2022年5月17日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
50+阅读 · 2020年12月20日
A survey on deep hashing for image retrieval
Arxiv
15+阅读 · 2020年6月10日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
12+阅读 · 2020年7月21日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30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
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
相关基金
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
1+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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员