Predictive modeling involving simulation and sensor data at the same time, is a growing challenge in computational science. Even with large-scale finite element models, a mismatch to the sensor data often remains, which can be attributed to different sources of uncertainty. For such a scenario, the statistical finite element method (statFEM) can be used to condition a simulated field on given sensor data. This yields a posterior solution which resembles the data much better and additionally provides consistent estimates of uncertainty, including model misspecification. For frequency or parameter dependent problems, occurring, e.g. in acoustics or electromagnetism, solving the full order model at the frequency grid and conditioning it on data quickly results in a prohibitive computational cost. In this case, the introduction of a surrogate in form of a reduced order model yields much smaller systems of equations. In this paper, we propose a reduced order statFEM framework relying on Krylov-based moment matching. We introduce a data model which explicitly includes the bias induced by the reduced approximation, which is estimated by an inexpensive error indicator. The results of the new statistical reduced order method are compared to the standard statFEM procedure applied to a ROM prior, i.e. without explicitly accounting for the reduced order bias. The proposed method yields better accuracy and faster convergence throughout a given frequency range for different numerical examples.


翻译:在计算科学中,同时涉及仿真与传感器数据的预测建模正日益成为一项挑战。即使采用大规模有限元模型,仿真结果与传感器数据之间仍常存在失配,这可归因于多种不确定性来源。针对此类场景,统计有限元方法可用于基于给定传感器数据对仿真场进行条件化处理。该方法产生的后验解能显著提升与数据的吻合度,同时可提供包含模型误设在内的不确定性一致估计。对于频率或参数相关的问题(如声学或电磁学领域),在频率网格上求解全阶模型并基于数据进行条件化处理会迅速导致难以承受的计算成本。此时,引入降阶模型形式的代理模型可大幅缩减方程系统规模。本文提出一种基于Krylov矩匹配的降阶统计有限元框架。我们构建了显式包含降阶近似所引入偏差的数据模型,该偏差通过低成本误差指示器进行估计。新统计降阶方法的结果与应用于降阶模型先验的标准统计有限元程序(即未显式考虑降阶偏差)进行了对比。在不同数值算例中,所提方法在给定频率范围内展现出更优的精度与更快的收敛速度。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
【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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
17+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
16+阅读 · 2022年5月17日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
106+阅读 · 2019年12月19日
VIP会员
相关资讯
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
17+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关论文
Arxiv
16+阅读 · 2022年5月17日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
106+阅读 · 2019年12月19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
0+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员