This work combines multilevel Monte Carlo (MLMC) with importance sampling to estimate rare-event quantities that can be expressed as the expectation of a Lipschitz observable of the solution to a broad class of McKean--Vlasov stochastic differential equations. We extend the double loop Monte Carlo (DLMC) estimator introduced in this context in (Ben Rached et al., 2023) to the multilevel setting. We formulate a novel multilevel DLMC estimator and perform a comprehensive cost-error analysis yielding new and improved complexity results. Crucially, we devise an antithetic sampler to estimate level differences guaranteeing reduced computational complexity for the multilevel DLMC estimator compared with the single-level DLMC estimator. To address rare events, we apply the importance sampling scheme, obtained via stochastic optimal control in (Ben Rached et al., 2023), over all levels of the multilevel DLMC estimator. Combining importance sampling and multilevel DLMC reduces computational complexity by one order and drastically reduces the associated constant compared to the single-level DLMC estimator without importance sampling. We illustrate the effectiveness of the proposed multilevel DLMC estimator on the Kuramoto model from statistical physics with Lipschitz observables, confirming the reduced complexity from $\mathcal{O}(\mathrm{TOL}_{\mathrm{r}}^{-4})$ for the single-level DLMC estimator to $\mathcal{O}(\mathrm{TOL}_{\mathrm{r}}^{-3})$ while providing a feasible estimate of rare-event quantities up to prescribed relative error tolerance $\mathrm{TOL}_{\mathrm{r}}$.


翻译:本文将多级蒙特卡洛(MLMC)与重要性采样相结合,估计与一类广泛McKean-Vlasov随机微分方程解的Lipschitz可观测量的期望相关的罕见事件量。我们将(Ben Rached等,2023)在此背景下引入的双环蒙特卡洛(DLMC)估计器推广至多级设定。我们提出了新型多级DLMC估计器,并进行了全面的成本误差分析,得出新的改进复杂度结果。关键在于,我们设计了反方差采样器来估计级间差异,确保多级DLMC估计器相比单级DLMC估计器具有更低的计算复杂度。为应对罕见事件,我们将通过(Ben Rached等,2023)中最优控制随机方法获得的重要性采样方案应用于多级DLMC估计器的所有层级。结合重要性采样与多级DLMC将计算复杂度降低一个量级,并将关联常数大幅缩减至低于无重要性采样的单级DLMC估计器。我们通过统计物理中具有Lipschitz可观测量的Kuramoto模型验证了所提多级DLMC估计器的有效性,确认复杂度从单级DLMC估计器的$\mathcal{O}(\mathrm{TOL}_{\mathrm{r}}^{-4})$降至$\mathcal{O}(\mathrm{TOL}_{\mathrm{r}}^{-3})$,同时能实现达到预设相对误差容限$\mathrm{TOL}_{\mathrm{r}}$的罕见事件量可行估计。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26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
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17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
【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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
6+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
相关VIP内容
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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+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
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员