Accurate and efficient estimation of rare events probabilities is of significant importance, since often the occurrences of such events have widespread impacts. The focus in this work is on precisely quantifying these probabilities, often encountered in reliability analysis of complex engineering systems, based on an introduced framework termed Approximate Sampling Target with Post-processing Adjustment (ASTPA), which herein is integrated with and supported by gradient-based Hamiltonian Markov Chain Monte Carlo (HMCMC) methods. The developed techniques in this paper are applicable from low- to high-dimensional stochastic spaces, and the basic idea is to construct a relevant target distribution by weighting the original random variable space through a one-dimensional output likelihood model, using the limit-state function. To sample from this target distribution, we exploit HMCMC algorithms, a family of MCMC methods that adopts physical system dynamics, rather than solely using a proposal probability distribution, to generate distant sequential samples, and we develop a new Quasi-Newton mass preconditioned HMCMC scheme (QNp-HMCMC), which is particularly efficient and suitable for high-dimensional spaces. To eventually compute the rare event probability, an original post-sampling step is devised using an inverse importance sampling procedure based on the already obtained samples. The statistical properties of the estimator are analyzed as well, and the performance of the proposed methodology is examined in detail and compared against Subset Simulation in a series of challenging low- and high-dimensional problems.


翻译:精确高效地估计稀有事件概率具有重要意义,因为此类事件的发生往往会产生广泛影响。本文聚焦于精确量化这些在复杂工程系统可靠性分析中常见的概率,基于所提出的框架——近似采样目标与后处理调整(ASTPA),该框架在此与基于梯度的哈密顿马尔可夫链蒙特卡洛(HMCMC)方法相结合并得到支持。本文发展的技术适用于从低维到高维的随机空间,其基本思想是通过一维输出似然模型对原始随机变量空间进行加权,利用极限状态函数构建相关目标分布。为从该目标分布中采样,我们采用HMCMC算法——一类利用物理系统动力学而非单纯依赖提议概率分布来生成远距离序列样本的MCMC方法,并发展了一种新的拟牛顿质量预条件HMCMC方案(QNp-HMCMC),该方案特别适用于高维空间且效率显著。为最终计算稀有事件概率,我们设计了一个基于已有样本的逆重要性采样后处理步骤。本文还分析了估计量的统计性质,并通过一系列具有挑战性的低维与高维问题,详细检验了所提方法的性能,并将其与子集模拟方法进行了比较。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2022新书】机器学习中的统计建模:概念和应用,398页pdf
专知会员服务
142+阅读 · 2022年11月5日
干货书!基于单调算子的大规模凸优化,348页pdf
专知会员服务
50+阅读 · 2022年7月24日
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
127+阅读 · 2020年11月20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
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10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
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6日
19篇ICML2019论文摘录选读!
专知
28+阅读 · 2019年4月28日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
最新内容
综述 | OPSD:大语言模型的在线策略自蒸馏
专知会员服务
3+阅读 · 6月1日
帕兰蒂尔Maven:军事人工智能的新纪元
专知会员服务
8+阅读 · 6月1日
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
3+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
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
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6日
19篇ICML2019论文摘录选读!
专知
28+阅读 · 2019年4月28日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员