In this work, the Bayesian approach to inverse problems is formulated in an all-at-once setting. The advantages of the all-at-once formulation are known to include the avoidance of a parameter-to-state map as well as numerical improvements, especially when considering nonlinear problems. In the Bayesian approach, prior knowledge is taken into account with the help of a prior distribution. In addition, the error in the observation equation is formulated by means of a distribution. This method naturally results in a whole posterior distribution for the unknown target, not just point estimates. This allows for further statistical analysis including the computation of credible intervals. We combine the Bayesian setting with the all-at-once formulation, resulting in a novel approach for investigating inverse problems. With this combination we are able to chose a prior not only for the parameter, but also for the state variable, which directly influences the parameter. Furthermore, errors not only in the observation equation, but additionally, in the model can be taken into account. %The aim of this approach is not only to accomplish reasonable reconstructions of the unknown parameter but also to maximize the information gained from measurements through combining it with prior knowledge, obtained either from certain expertise or former investigation in the model. We analyze this approach with the help of two linear standard examples, namely the inverse source problem for the Poisson equation and the backwards heat equation, i.e. a stationary and a time dependent problem. Appropriate function spaces and derivation of adjoint operators are investigated. To assess the degree of ill-posedness, we analyze the singular values of the corresponding all-at-once forward operators. %as well as the convergence of the method. Finally, joint priors are designed and numerically tested.


翻译:在这项工作中,巴伊西亚对反问题的处理方法是在全天候设置中拟订的。全日制的优点包括避免参数到状态的图和数字改进,特别是在考虑非线性问题时。在巴伊西亚方法中,在先前分布的帮助下,考虑到先前的知识。此外,观察方程中的错误是用分布法来拟订的。这种方法自然地导致对未知目标(而不仅仅是点估计)进行整体顺序分布。这样可以进一步进行统计分析,包括计算可靠的间隔。我们把巴伊西亚运算与全日制的图和数字改进结合起来,从而形成一种全新的方法来调查非线性问题。有了这种组合,我们不仅选择了参数,而且选择了直接影响参数的状态变量。此外,观察方程中的错误不仅在观察方程中,而且还可以另外在模型中考虑到。这个方法的目的不仅仅是要对未知的参数进行合理的重组,而且还要通过对前一线性分析的方法,我们最终通过将前一线性研究获得的信息与前一线性数据源加以整合。我们从前期设计的方法和前一线性分析获得了某种数据。我们从前一线性研究获得的信息,从前一线性分析的方法和前一线性分析中,然后将前一线性分析的方法与前一线性分析的方法与前一线性分析。我们从前一线性分析的一个数据源中获得的信息与前一线性分析。

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