The quantification of uncertainties of computer simulations due to input parameter uncertainties is paramount to assess a model's credibility. For computationally expensive simulations, this is often feasible only via surrogate models that are learned from a small set of simulation samples. The surrogate models are commonly chosen and deemed trustworthy based on heuristic measures, and substituted for the simulation in order to approximately propagate the simulation input uncertainties to the simulation output. In the process, the contribution of the uncertainties of the surrogate itself to the simulation output uncertainties are usually neglected. In this work, we specifically address the case of doubtful surrogate trustworthiness, i.e. non-negligible surrogate uncertainties. We find that Bayesian probability theory yields a natural measure of surrogate trustworthiness, and that surrogate uncertainties can easily be included in simulation output uncertainties. For a Gaussian likelihood for the simulation data, with unknown surrogate variance and given a generalized linear surrogate model, the resulting formulas reduce to simple matrix multiplications. The framework contains Polynomial Chaos Expansions as a special case, and is easily extended to Gaussian Process Regression. Additionally, we show a simple way to implicitly include spatio-temporal correlations. Lastly, we demonstrate a numerical example where surrogate uncertainties are in part negligible and in part non-negligible.


翻译:由于输入参数的不确定性而对计算机模拟的不确定性进行量化,对于评估模型的可信度至关重要。对于计算费用昂贵的模拟来说,这通常只能通过从一组小型模拟样品中学习的替代模型来进行。代用模型通常根据超常计量方法来选择,并被视为可信赖的。代用模型可以取代模拟模型,以便大致传播模拟输入的不确定性对模拟输出结果的影响。在这一过程中,代用模型本身的不确定性对模拟输出不确定性的贡献通常被忽视。在这项工作中,我们专门处理可疑的代用模型,即不可忽略的代用模型不确定性。我们发现,贝叶斯概率理论产生一种代用信任的自然尺度,而代用不确定性很容易纳入模拟输出不确定性。对于模拟数据的可能性,由于代用模型差异不明,并给一个普遍的线性代用模型,由此产生的公式减少为简单的矩阵的倍增。框架包含多级Chaos扩展,作为一个特殊案例,并且很容易扩展至高位替代模型可靠性的自然值可靠性,而代用一个不易被扩展到高斯-可理解的不确定性部分。我们展示了一种可隐性磁性模型,在最后部分中,我们展示了一种隐性、可隐性、可比较的可变化的模型。

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