罗兰·舍比;布鲁诺·苏德雷特 使用稀疏多项式混沌展开的p-盒的不确定性传播。 (英文) Zbl 1375.82111号 J.计算。物理学。 339307-327(2017). 摘要:在现代工程中,物理过程是通过先进的计算机模拟(如有限元模型)进行建模和分析的。此外,可靠性分析和稳健设计的概念越来越流行,因此,不确定性的有效量化和传播成为一个重要方面。在这种情况下,典型的工作流包括输入变量中不确定性的特征描述。本文中,输入变量由概率盒(p-盒)建模,同时考虑了随机和认知不确定性。p-盒的传播导致计算模型输出的p-盒。提出了一种两级元建模方法,使用非侵入稀疏多项式混沌展开来替代精确的计算模型,从而促进不确定性量化分析。通过使用基准分析函数和两个实际工程问题设置的应用程序,说明了该方法的能力。他们表明,所提出的两级方法允许使用精确计算模型的少量评估来准确估计相关响应量的统计信息。在计算成本主要由高保真计算模型运行的情况下,这一点至关重要。 引用于13文件 MSC公司: 82D10号 等离子体统计力学 62B10型 信息理论主题的统计方面 关键词:不确定性量化;不确定性传播;概率框;代理模型;稀疏多项式混沌展开;非侵入方法 软件:运营质量;AK-MCS公司;贝叶斯DA;乌兹拉布 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{R.Schöbi}和\textit{B.Sudret},J.Compute。物理学。339307-327(2017;Zbl 1375.82111) 全文: 内政部 arXiv公司 链接 参考文献: [1] Sudret,B.,《力学模型中的不确定性传播和敏感性分析——对结构可靠性和随机谱方法的贡献》(2007年),布莱斯·帕斯卡大学:法国布莱斯·帕斯克·克莱蒙特-弗拉德大学,173页 [2] De Rocquigny,E.,《风险和不确定性下的建模——统计、现象学和计算方法简介》,《概率和统计中的威利级数》(2012),约翰·威利父子:约翰·威利和索恩斯·奇切斯特·Zbl 1244.91001号 [3] 弗雷斯特,A。;Sobester,A。;Keane,A.,《通过替代建模进行工程设计:实用指南》(2008),Wiley [4] Der Kiureghian,A。;迪特列夫森,O.,感召性还是认知性?这有关系吗?,结构。安全。,31, 2, 105-112 (2009) [5] Dempster,A.P.,《多值映射诱导的上下概率》,《数学年鉴》。Stat.,38,2,325-339(1967)·Zbl 0168.17501号 [6] Shafer,G.,《证据的数学理论》(1976),普林斯顿大学出版社:普林斯顿大学出版,新泽西州普林斯顿·Zbl 0359.62002号 [7] Dubois,D。;Prade,H.,《可能性理论:计算机处理不确定性的方法》(1988年),《全体会议:纽约全体会议》·Zbl 0703.68004号 [8] 盖尔曼,A。;Carlin,J。;斯特恩,H。;Rubin,D.,贝叶斯数据分析(2009),Chapman&Hall/CRC [9] Möller,B。;Beer,M.,模糊随机性(2004),Springer·Zbl 1080.74003号 [10] Ferson,S。;Ginzburg,L.R.,传播无知和可变性需要不同的方法,Reliab。工程系统。安全。,54, 2-3, 133-144 (1996) [11] Neumaier,A.,《云、模糊集和概率区间》,Reliab。计算。,2004年4月10日至272日·Zbl 1055.65062号 [12] Destercke,S。;Dubois,D。;Chojnacki,E.,统一实际不确定性表示。二: 云,国际期刊近似原因。,49, 3, 664-677 (2008) ·Zbl 1184.68504号 [13] Matheron,G.,《随机集与积分几何》(1975),J.Wiley&Sons:J.Willey&Sons纽约·Zbl 0321.60009号 [14] Molchanov,I.,《随机集理论》(2005),Springer:Springer New York·Zbl 1109.60001号 [15] 埃尔德雷德,M.S。;Swiler,L.P.,混合警报-地震不确定性量化的有效算法及其在辐射强化电子技术中的应用。第一部分:算法和基准结果(2009),Sandia国家实验室,技术代表SAND2009-5805 [16] 何毅。;Mirzargar,M。;Kirby,R.M.,使用模糊集理论的混合随机和认知不确定性量化,国际期刊近似推理。,66, 1-15 (2015) ·兹比尔1344.68259 [17] Helton,J。;Oberkampf,W.,《认知不确定性的替代表征》,Reliab。工程系统。安全。,85, 1-3, 1-10 (2004) [18] Helton,J。;约翰逊,J。;Oberkampf,W.,《模型预测中不确定性表示的替代方法探索》,Reliab。工程系统。安全。,85, 1-3, 39-71 (2004) [19] Sudret,B.,《多项式混沌展开和随机有限元方法》,(Phoon,K.-K.;Ching,J.,《岩土工程风险和可靠性》(2015),Taylor和Francis),第6章 [20] 桑特纳,T.J。;威廉姆斯,B.J。;Notz,W.I.,《计算机实验的设计与分析》(2003),Springer:Springer纽约·Zbl 1041.62068号 [21] Krige,D.,《威特沃特斯兰德一些基本矿山估价问题的统计方法》,J.Chem。金属。最小Soc.S.Afr。,52, 6, 119-139 (1951) [22] 加尼姆,R。;Spanos,P.,《随机有限元:谱方法》(2003),Courier Dover出版社:Courier Dover出版社Mineola [23] Gunn,S.,《用于分类和回归的支持向量机》(1998),南安普顿大学电子与计算机科学系,技术代表ISIS-1-98 [24] 布拉特曼,G。;Sudret,B.,建立随机有限元分析稀疏多项式混沌展开的自适应算法,Probab。工程机械。,25, 2, 183-197 (2010) [25] Schöbi,R。;Sudret,B。;Wiart,J.,《基于混沌的多项式克里金》,《国际不确定性杂志》。量化。,5, 2, 171-193 (2015) ·Zbl 1498.82031号 [26] Sudret,B.,使用多项式混沌展开的全局灵敏度分析,Reliab。工程系统。安全。,93, 964-979 (2008) [27] 埃查德,B。;北卡罗来纳州盖顿。;Lemaire,M.,AK-MCS:一种结合克里金和蒙特卡罗模拟的主动学习可靠性方法,Struct。安全。,33, 2, 145-154 (2011) [28] Balesdent,M。;莫里奥,J。;Marzat,J.,基于Kriging的罕见事件估计自适应重要性抽样算法,结构。安全。,44, 1-10 (2013) [29] Schöbi,R。;Sudret,B。;Marelli,S.,《使用多项式混沌克里金进行罕见事件估计》,ASCE-ASME J.风险不确定性。工程系统。A部分民事。工程,文章D4016002 pp.(2016) [30] 杜堡,V。;Sudret,B。;Bourinet,J.-M.,使用Kriging代理和子集模拟的基于可靠性的设计优化,结构。多磁盘。最佳。,44, 5, 673-690 (2011) [31] 穆斯塔法,M。;Sudret,B。;Bourinet,J.-M。;Guillaume,B.,使用自适应kriging代理模型的不确定性下基于分位数的优化,结构。多光盘。最佳。,54, 6, 1403-1421 (2016) [32] 陈,S。;雷耶斯,K.-R.G。;Gupta,M.K。;McAlpine,M.C。;Powell,W.B.,《使用知识梯度策略在实验设计中进行优化学习并应用于表征纳米乳液稳定性》,SIAM/ASA J.不确定性。量化。,3, 1, 320-345 (2015) ·Zbl 1327.62098号 [33] 胡,Z。;Du,X.,《随机变量和区间变量可靠性分析的随机场方法》,ASCE-ASME J.风险不确定性。工程系统。B部分机械。工程,1,4,文章041005 pp.(2015) [34] 李,J。;Xiu,D.,认知不确定性下的失效概率计算,SIAM J.Sci。计算。,34, 6, 2946-2964 (2012) ·Zbl 1262.65018号 [35] Ferson,S。;Hajagos,J.G.,《不确定数字的算术:严格且(通常)可能的最佳答案》,Reliab。工程系统。安全。,85, 1-3, 135-152 (2004) [36] Ferson,S。;克里诺维奇,V。;金兹堡,L。;Myers,D.S。;Sentz,K.,《构建概率盒和Dempster-Shafer结构》(2003),桑迪亚国家实验室,技术代表。 [37] Schöbi,R。;Sudret,B.,使用稀疏多项式混沌展开法由参数p-盒建模的不确定性传播,(《土木工程中统计和概率应用的第12届国际会议论文集》,《土木工程统计和概率的应用论文集》(2015),加拿大温哥华ICASP12) [38] 威利,P.,《走向不精确概率的统一理论》,《国际J近似推理》。,24, 2-3, 125-148 (2000) ·兹比尔1007.28015 [39] Ferson,S。;尼尔森,R。;哈贾戈斯,J。;Berleant,D。;张杰。;塔克,W。;金兹堡,L。;Oberkampf,W.,概率建模、Dempster-Shafer理论和概率边界分析中的依赖性(2004),桑迪亚国家实验室,技术报告SAND2004-3072 [40] Berger,J.O.,《统计决策理论和贝叶斯分析》(1985),Springer-Verlag:Springer-Verlag New York·Zbl 0572.62008号 [41] 张,H。;戴,H。;啤酒,M。;Wang,W.,基于小样本的结构可靠性分析:区间拟蒙特卡罗方法,Mech。系统。信号处理。,37, 1-2, 137-151 (2013) [42] Oberguggenberger,M。;Fellin,W.,《随机集的可靠性界限:非参数方法和岩土工程应用》,计算。结构。,第861093-1101页(2008年) [43] Chebyshev,P.,Sur les valeurs limites des intégrales,J.数学。Pures应用程序。Sér。2, 19, 157-160 (1874) [44] Kolmogoroff,A.,未知分布函数的置信限,Ann.Math。Stat.,12,4,461-463(1941年)·Zbl 0060.30514号 [45] Smirnov,Nikolai V.,关于两个独立样本的经验分布曲线之间差异的估计,Bull。数学。莫斯科大学,2,2(1939) [46] Ayyub,B.M.,《针对不确定性和风险的专家意见征集》(2001),CRC出版社 [47] 阿尤布,B.M。;Klir,G.J.,《工程与科学中的不确定性建模与分析》(2006),查普曼和霍尔出版社·Zbl 1118.62128号 [48] Fu,G。;巴特勒,D。;Khu,S.-T。;Sun,S.,《使用随机集理论对城市排水系统中下水道洪水进行不精确概率评估》,《水资源》。第47号决议,第W02534条,pp.(2011) [49] 张,H。;马伦,R.L。;Muhanna,R.L.,结构可靠性的区间蒙特卡罗方法,结构。安全。,32, 183-190 (2010) [50] Moore,R.,《区间分析》(1966),普伦蒂斯·霍尔:新泽西州普伦蒂斯霍尔-恩格尔伍德悬崖·Zbl 0176.13301号 [51] 斯托尔菲,J。;De Figueiredo,L.H.,仿射算法简介,TEMA Tend。材料Apl。计算。,4, 3, 297-312 (2003) ·Zbl 1208.65057号 [52] Dong,W。;Shah,H.C.,计算模糊变量函数的顶点法,模糊集系统。,24, 1, 65-78 (1987) ·Zbl 0634.94025号 [53] Tonon,F.,《使用随机集理论通过机械系统传播认识上的不确定性》,Reliab。工程系统。安全。,85, 1-3, 169-181 (2004) [54] Dubois,D。;Fargier,H。;Fortin,J.,《计算模糊区间的广义顶点法》,(2004 IEEE Int.Conf.fuzzy Syst.,2004 IEEE Int.Conf.fuzzy System,IEEE Cat.No.04CH37542,vol.1(2004),IEEE),541-546 [55] 伯德,R.H。;赫里巴尔,M.E。;Nocedal,J.,《大规模非线性规划的内点算法》,SIAM J.Optim。,9, 4, 877-900 (1999) ·Zbl 0957.65057号 [56] Goldberg,G.H.,《搜索、优化和机器学习中的遗传算法》(1989),Addison-Wesley Professional·Zbl 0721.68056号 [57] 斯托恩,R。;Price,K.,差分进化,一种简单有效的启发式算法,用于连续空间上的全局优化,J.Glob。最佳。,11, 4, 341-359 (1997) ·Zbl 0888.90135号 [58] 邓,W。;杨,X。;邹,L。;王,M。;刘,Y。;Li,Y.,一种改进的自适应差分进化算法及其应用,Chemom。智力。实验室系统。,128, 66-76 (2013) [59] Schöbi,R。;Sudret,B.,使用PC Kriging的不精确结构可靠性分析,(第25届欧洲安全与可靠性会议记录。第25届欧洲安全与可靠性会议记录,ESREL2015,瑞士苏黎世(2015)) [60] Alvarez,D.A。;赫塔多·J·E。;Uribe,F.,使用随机集和子集模拟估算上下失效概率,(Beer,M.;Au,S.-K.;Hall,J.W.,《脆弱性、不确定性和风险》(2014),ASCE:ASCE Liverpool,UK),905-914 [61] 医学博士麦凯。;贝克曼,R.J。;Conover,W.J.,在计算机代码输出分析中选择输入变量值的三种方法的比较,技术计量学,2239-245(1979)·Zbl 0415.62011号 [62] Sobol’,L.M.,《立方体中点的分布和积分的近似计算》,苏联计算。数学。数学。物理。,7, 4, 86-112 (1967) ·Zbl 0185.41103号 [63] Halton,J.H.,《关于某些拟随机点序列在计算多维积分中的效率》,Numer。数学。,2, 84-90 (1960) ·Zbl 0090.34505号 [64] 秀,D。;Karniadakis,G.E.,随机微分方程的Wiener-Askey多项式混沌,SIAM J.Sci。计算。,24, 2, 619-644 (2002) ·Zbl 1014.65004号 [65] Tatang,M。;潘·W。;普林,R。;McRae,G.,数值地球物理模型参数不确定性分析的有效方法,J.Geophys。研究,102,D18,21925-21932(1997) [66] Berveiller,M。;Sudret,B。;Lemaire,M.,《随机有限元:回归的非侵入性方法》,Eur.J.Comput。机械。,15, 1-3, 81-92 (2006) ·Zbl 1325.74171号 [67] Tibshirani,R.,通过LASSO回归收缩和选择,J.R.Stat.Soc.B,58,267-288(1996)·Zbl 0850.62538号 [68] 埃夫隆,B。;哈斯蒂,T。;Johnstone,我。;Tibshirani,R.,《最小角度回归》,《Ann.Stat.》,32,407-499(2004)·Zbl 1091.62054号 [69] 布拉特曼,G。;Sudret,B.,基于最小角度回归的自适应稀疏多项式混沌展开,J.Compute。物理。,230, 6, 2345-2367 (2011) ·Zbl 1210.65019号 [70] Sargsyan,K。;萨夫塔,C。;Najm,H.N。;Debusschere,B.J。;Ricciuto,D。;Thornton,P.,《通过贝叶斯压缩传感降低复杂模型的维数》,《国际不确定性杂志》。量化。,4, 1, 63-93 (2014) ·Zbl 1513.65004号 [71] 杜斯坦,A。;Owhadi,H.,具有随机输入的偏微分方程的非自适应稀疏近似,J.Comput。物理。,230, 8, 3015-3034 (2011) ·Zbl 1218.65008号 [72] 《正交多项式:计算与逼近》,《数值数学与科学计算》(2004),牛津大学出版社·Zbl 1130.42300号 [73] 阿菲尔德,R。;Belkouchi,B。;Montomoli,F.,SAMBA:基于动量的任意多项式混沌的稀疏近似,J.Compute。物理。,320, 1-16 (2016) ·Zbl 1349.65417号 [74] 戴伊·S。;Mukhopadhyay,T。;Khodaparast,H.H。;Adhikari,S.,使用Gram-Schmidt多项式混沌展开的复合材料中的模糊不确定性传播,应用。数学。型号。,40, 7, 4412-4428 (2016) ·Zbl 1459.74041号 [75] Schöbi,R。;Sudret,B.,《不精确结构可靠性分析中的多级元模型》,(第六届亚太交响乐团结构可靠性会议论文集,第六届亚洲太平洋交响乐会结构可靠性会议文献集,APSSRA’2016,上海(2016)) [76] Rosenbrock,H.,一种寻找函数最大值或最小值的自动方法,Comput。J.,3175-184(1960) [77] 马雷利,S。;Sudret,B.,UQLab:MATLAB中的不确定性量化框架,(第二届脆弱性、风险分析和管理国际会议程序,第二届漏洞、风险分析与管理国际会议,ICVRAM2014,英国利物浦(2014)) [78] 马雷利,S。;Sudret,B.,《UQLab用户手册-多项式混沌扩展》(2015),苏黎世ETH风险、安全和不确定性量化主席,技术代表#UQLab-V0.9-104 [79] Der Kiureghian,A。;de Stefano,M.,《二阶可靠性分析的有效算法》(1990),加州大学土木与环境工程系:加州大学伯克利分校土木与环境工程学系,技术代表UCB/SEMM-90/20 [80] 杜堡,V。;Sudret,B。;Deheeger,F.,基于元模型的结构可靠性分析重要性抽样,Probab。工程机械。,33, 47-57 (2013) [81] Lee,S。;Kwak,B.,有效可靠性分析的响应面增广力矩法,结构。安全。,28, 261-272 (2006) 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。