×

高维随机计算模型的ANOVA高斯过程建模。 (英文) Zbl 1437.62286号

摘要:本文针对具有高维随机输入的偏微分方程模型,提出了一种新的方差高斯过程分析(ANOVA-GP)仿真器。高斯过程(GP)是一种广泛使用的代理建模策略,但当输入为高维时,它可能会失效。在这种新的ANOVA-GP策略中,将高维输入分解为局部低维输入的并集,并应用主成分分析(PCA)为每个ANOVA项提供降维。然后,我们基于ANOVA分解系统地构建PCA系数的局部GP模型,为整个高维问题提供了一个仿真程序。我们提出了ANOVA-GP的一般数学框架,并通过数值实验验证了其准确性和效率。

MSC公司:

62J10型 方差和协方差分析(ANOVA)
65C20个 概率模型,概率统计中的通用数值方法
60G15年 高斯过程
35卢比60 随机偏微分方程的偏微分方程
76立方米 随机分析在流体力学问题中的应用
76D07型 斯托克斯和相关(Oseen等)流量
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 安斯沃思,M。;Oden,J.,《有限元分析中的后验误差估计》(2000年),Wiley:Wiley纽约·Zbl 1008.65076号
[2] Elman,H。;西尔维斯特,D。;Wathen,A.,《有限元和快速迭代解算器:在不可压缩流体动力学中的应用》(2014),牛津大学出版社(英国)·Zbl 1304.76002号
[3] M.C.肯尼迪。;O'Hagan,A.,《计算机模型的贝叶斯校准》,J.R.Stat.Soc.,Ser。B、 统计方法。,63, 3, 425-464 (2001) ·Zbl 1007.62021号
[4] 奥克利,J。;O'Hagan,A.,计算机模型输出不确定性分布的贝叶斯推断,Biometrika,89,769-784(2002)
[5] M.肯尼迪。;安德森,C。;康蒂,S。;O'Hagan,A.,计算机代码高斯过程建模案例研究,Reliab。工程系统。安全。,91, 1301-1309 (2006)
[6] Tagade,P.M。;Jeong,B.-M。;Choi,H.-L.,一种用于快速描述污染物特征的高斯过程模拟器方法,集成多区域CFD模型,构建。环境。,70, 232-244 (2013)
[7] Ghanem,R.G。;Spanos,P.D.,《随机有限元:谱方法》(2003),Courier Corporation
[8] 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
[9] 秀,D。;Hesthaven,J.,随机输入微分方程的高阶配置方法,SIAM J.Sci。计算。,27, 1118-1139 (2005) ·Zbl 1091.65006号
[10] Xiu,D.,《随机计算的数值方法:谱方法方法》(2010),普林斯顿大学出版社:普林斯顿大学出版·Zbl 1210.65002号
[11] Boyaval,S。;布里斯,C.L。;Lelièvre,T。;马代,Y。;Nguyen,N。;Patera,A.,随机问题的简化基础技术,Arch。计算。方法工程,17,1-20(2010)·Zbl 1269.65005号
[12] Elman,H。;Liao,Q.,随机系数偏微分方程的约化基配置方法,SIAM/ASA J.不确定性。量化。,1, 192-217 (2013) ·Zbl 1282.35424号
[13] 陈,P。;Quarteroni,A。;Rozza,G.,椭圆问题的约化基和随机配置方法的比较,J.Sci。计算。,59, 187-216 (2014) ·Zbl 1301.65007号
[14] 姜杰。;陈,Y。;Narayan,A.,一种面向目标的简化基方法——加速广义多项式混沌算法,SIAM/ASA J.不确定性。量化。,419398-1420(2016)·Zbl 1352.65012号
[15] 希格顿,D。;Gattiker,J。;威廉姆斯,B。;Rightley,M.,《使用高维输出进行计算机模型校准》,美国统计协会,103,482,570-583(2008)·Zbl 1469.62414号
[16] 马,X。;Zabaras,N.,随机输入模型生成的核主成分分析,J.Compute。物理。,2307311-7331(2011)·Zbl 1252.65014号
[17] Xing,W。;Triantafyllidis,V。;沙阿(Shah,A.)。;奈尔,P。;Zabaras,N.,《从计算模型模拟空间场的流形学习》,J.Compute。物理。,326, 666-690 (2016) ·Zbl 1373.68340号
[18] Guo先生。;Hesthaven,J.S.,使用高斯过程回归进行非线性结构分析的降阶建模,计算。方法应用。机械。工程,341807-826(2018)·Zbl 1440.65206号
[19] Tripathy,R。;Bilinis,I。;Gonzalez,M.,《内置降维的高斯过程:应用于高维不确定性传播》,J.Compute。物理。,321, 191-223 (2016) ·Zbl 1349.65049号
[20] Storlie,C.B。;西澳大利亚州莱恩。;Ryan,E.M。;Gattiker,J.R。;Higdon,D.M.,通过贝叶斯平滑样条ANOVA校准分类参数和相关输出的计算模型,美国统计协会,110,509,68-82(2015)
[21] 拉比茨,H。;阿里什。F、。;肖特,J。;Shim,K.,《有效投入产出模型表示法》,《计算》。物理学。社区。,117, 1-2, 11-20 (1999) ·Zbl 1015.68219号
[22] 拉比茨,H。;阿里什。F.,高维模型表示的一般基础,J.Math。化学。,25, 2-3, 197-233 (1999) ·Zbl 0957.93004号
[23] 高,Z。;Hesthaven,J.S.,《关于方差分析扩展和选择锚定点的策略》,应用。数学。计算。,217, 7, 3274-3285 (2010) ·Zbl 1206.65125号
[24] 马,X。;Zabaras,N.,《解随机偏微分方程的自适应高维随机模型表示技术》,J.Compute。物理。,229, 10, 3884-3915 (2010) ·Zbl 1189.65019号
[25] 张,Z。;Choi,M。;Karniadakis,G.,多项式混沌插值ANOVA方法的误差估计:张量积函数,SIAM J.Sci。计算。,34、2、A1165-A1186(2012)·Zbl 1248.65031号
[26] Yang,X.先生。;Choi,M。;林·G。;Karniadakis,G.E.,随机不可压缩流和可压缩流的自适应ANOVA分解,J.Compute。物理。,231, 4, 1587-1614 (2012) ·Zbl 1408.76428号
[27] 赫塞文,J.S。;Zhang,S.,关于参数偏微分方程归约基方法中ANOVA展开的使用,科学杂志。计算。,69, 1, 292-313 (2016) ·Zbl 1352.65508号
[28] Sobol,I.M.,《关于高维模型表示的定理和示例》,Reliab。工程系统。安全。,79, 2, 187-193 (2003)
[29] Wang,X.,《关于高维模型表示中的近似误差》(Simulation Conference,2008)。WSC 2008,冬季(2008),IEEE),453-462
[30] Xu,H。;Rahman,S.,《随机力学多维积分的广义降维方法》,国际J·数值。方法工程,61,121992-2019(2004)·Zbl 1075.74707号
[31] 诺瓦克,E。;Ritter,K.,立方体上光滑函数的高维积分,Numer。数学。,75, 1, 79-97 (1996) ·Zbl 0883.65016号
[32] Trefethen,L.N.,高斯求积比克伦肖曲线好吗?,SIAM版本,50,1,67-87(2008)·Zbl 1141.65018号
[33] Jolliffe,I.,主成分分析,(国际统计科学百科全书(2011),Springer),1094-1096
[34] 维达尔,R。;马云(Ma,Y.)。;Sastry,S.S.,《广义主成分分析》,第5卷(2016年),施普林格出版社·Zbl 1349.62006号
[35] 霍姆斯,P。;Lumley,J.L.(卢姆利,J.L.)。;Berkooz,G.,《湍流、相干结构、动力系统和对称性》(1996),纽约剑桥·Zbl 0890.76001号
[36] 本纳,P。;古吉丁,S。;Willcox,K.,《参数系统模型简化方法的调查》,SIAM Rev.,57,483-531(2015)·Zbl 1339.37089号
[37] Rasmussen,C.E.,机器学习中的高斯过程,(《机器学习高级讲座》(2004),施普林格出版社),63-71·Zbl 1120.68436号
[38] 安德里亚纳基斯,I。;Challenor,P.G.,金块对计算机模型高斯过程模拟器的影响,计算。统计数据分析。,56, 12, 4215-4228 (2012) ·Zbl 1255.62306号
[39] Snelson,E.L.,《机器学习的灵活高效高斯过程模型》(2007),伦敦大学学院,博士论文
[40] 拉斯穆森,C.E。;Nickisch,H.,机器学习高斯过程(gpml)工具箱,J.Mach。学习。第11号决议,3011-3015(2010年11月)·Zbl 1242.68242号
[41] Möller,M.F.,用于快速监督学习的缩放共轭梯度算法,神经网络。,6, 4, 525-533 (1993)
[42] 廖琦(Liao,Q.)。;Lin,G.,高维随机输入偏微分方程的简化基方差分析方法,J.Compute。物理。,317, 148-164 (2016) ·Zbl 1349.65684号
[43] Cho,H。;Elman,H.C.,基于PCM ANOVA分解的各向异性随机偏微分方程的自适应约化基配置方法,国际期刊《不确定性》。量化。,8, 193-210 (2018) ·Zbl 1498.65215号
[44] Braess,D.,《有限元:固体力学中的理论、快速求解和应用》(2007),剑桥大学出版社·Zbl 1118.65117号
[45] Klimke,A.,《稀疏网格插值工具箱–用户指南》(2007),斯图加特大学,技术代表IANS报告2007/017
[46] Tang,K。;康格多,P.M。;Abgrall,R.,使用锚定方差分析展开和高阶矩计算的灵敏度分析,Int.J.Numer。方法工程,1021554-1584(2015)·Zbl 1352.62120号
[47] Y.本吉奥。;俄勒冈州德拉鲁。;Roux,N.L.,局部内核机器的高变量函数的诅咒,(Weiss,Y.;Schölkopf,B.;Platt,J.C.,《神经信息处理系统的进展》,第18卷(2006),麻省理工学院出版社),107-114
[48] Brown,J.,随机函数级数展开中的均方截断误差,J.Soc.Ind.Appl。数学。,8, 1, 28-32 (1960) ·Zbl 0094.12205号
[49] 施瓦布,C。;Todor,R.A.,用广义快速多极方法对随机场进行Karhunen-Loève近似,J.Compute。物理。,217, 1, 100-122 (2006) ·Zbl 1104.65008号
[50] 鲍威尔,C。;Elman,H.,谱随机有限元系统的块对角预处理,IMA J.Numer。分析。,29, 350-375 (2009) ·Zbl 1169.65007号
[51] Elman,H.C。;Ramage,A。;Silvester,D.J.,IFISS:研究不可压缩流动问题的计算实验室,SIAM Rev.,56,2,261-273(2014)·Zbl 1426.76645号
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。