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使用深度神经网络对反问题进行贝叶斯不确定性量化。 (英语) Zbl 1514.62009年

摘要:由于不确定性量化(UQ)的重要性,贝叶斯反问题方法最近在应用数学、物理和工程中得到了普及。然而,基于马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)的传统贝叶斯推理方法对于这种高维问题,往往需要大量计算且效率低下。为了解决这个问题,已经提出了几种基于代理模型的方法来加快推理过程。更具体地说,校准模拟采样(CES)方案已被证明在大维UQ问题中是成功的。在这项工作中,我们提出了一种新的基于仿真阶段的深度神经网络模型的贝叶斯推理CES方法。由此产生的算法计算效率更高,对训练集中的变化更具鲁棒性。此外,通过使用自动编码器(AE)进行降维,我们能够将贝叶斯推理方法的速度提高到三个数量级。总的来说,我们的方法此后称为降维仿真自动编码器蒙特卡罗(DREAMC)算法能够将贝叶斯UQ缩放到数千维以用于反问题。利用两个低维(线性和非线性)反问题,我们证明了该方法的有效性。接下来,我们将我们的方法应用于两个高维数值示例(椭圆和对流扩散),以证明其相对于现有算法的计算优势。

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62-08 统计问题的计算方法
65亿75 涉及偏微分方程的初值和初边值问题的概率方法、粒子方法等
68T07型 人工神经网络与深度学习
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