Forward simulation-based uncertainty quantification that studies the output distribution of quantities of interest (QoI) is a crucial component for computationally robust statistics and engineering. There is a large body of literature devoted to accurately assessing statistics of QoI, and in particular, multilevel or multifidelity approaches are known to be effective, leveraging cost-accuracy tradeoffs between a given ensemble of models. However, effective algorithms that can estimate the full distribution of outputs are still under active development. In this paper, we introduce a general multifidelity framework for estimating the cumulative distribution functions (CDFs) of vector-valued QoI associated with a high-fidelity model under a budget constraint. Given a family of appropriate control variates obtained from lower fidelity surrogates, our framework involves identifying the most cost-effective model subset and then using it to build an approximate control variates estimator for the target CDF. We instantiate the framework by constructing a family of control variates using intermediate linear approximators and rigorously analyze the corresponding algorithm. Our analysis reveals that the resulting CDF estimator is uniformly consistent and budget-asymptotically optimal, with only mild moment and regularity assumptions. The approach provides a robust multifidelity CDF estimator that is adaptive to the available budget, does not require \textit{a priori} knowledge of cross-model statistics or model hierarchy, and is applicable to general output dimensions. We demonstrate the efficiency and robustness of the approach using several test examples.


翻译:基于前向模拟的不确定性量化,研究感兴趣量(QoI)的输出分布,是计算稳健统计学和工程学中的关键组成部分。已有大量文献致力于精确评估QoI的统计量,尤其是多层级或多保真度方法,通过利用给定模型集合中成本与精度之间的权衡,被证明是有效的。然而,能够估计完整输出分布的有效算法仍处于积极开发阶段。本文提出了一种通用的多保真度框架,用于在预算约束下估计与高保真度模型相关的向量值QoI的累积分布函数(CDF)。给定从低保真度替代模型中获得的合适控制变量族,我们的框架涉及识别最具成本效益的模型子集,然后利用该子集构建目标CDF的近似控制变量估计量。我们通过使用中间线性近似器构造控制变量族来实例化该框架,并对相应算法进行了严格分析。分析表明,所得的CDF估计量在仅有轻微矩和正则性假设下,具有一致性和预算渐近最优性。该方法提供了一种稳健的多保真度CDF估计量,能自适应于可用预算,无需先验已知跨模型统计量或模型层级,且适用于一般输出维度。我们通过多个测试实例展示了该方法的效率和稳健性。

0
下载
关闭预览

相关内容

【干货书】工程和科学中的概率和统计,
专知会员服务
58+阅读 · 2022年12月24日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年9月7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
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
已删除
将门创投
14+阅读 · 2019年5月29日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
国家自然科学基金
5+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
0+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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月4日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月2日
Arxiv
0+阅读 · 2023年4月30日
VIP会员
最新内容
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
3+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 6月10日
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
13+阅读 · 6月10日
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
5+阅读 · 6月10日
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
7+阅读 · 6月10日
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
5+阅读 · 6月10日
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 6月10日
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 6月10日
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
8+阅读 · 6月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
已删除
将门创投
14+阅读 · 2019年5月29日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
相关基金
国家自然科学基金
5+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
0+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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员