Mathematical models implemented on a computer have become the driving force behind the acceleration of the cycle of scientific processes. This is because computer models are typically much faster and economical to run than physical experiments. In this work, we develop an empirical Bayes approach to predictions of physical quantities using a computer model, where we assume that the computer model under consideration needs to be calibrated and is computationally expensive. We propose a Gaussian process emulator and a Gaussian process model for the systematic discrepancy between the computer model and the underlying physical process. This allows for closed-form and easy-to-compute predictions given by a conditional distribution induced by the Gaussian processes. We provide a rigorous theoretical justification of the proposed approach by establishing posterior consistency of the estimated physical process. The computational efficiency of the methods is demonstrated in an extensive simulation study and a real data example. The newly established approach makes enhanced use of computer models both from practical and theoretical standpoints.


翻译:在计算机上实施的数学模型已成为加速科学过程周期的驱动力。这是因为计算机模型通常比物理实验更快捷、更经济。在这项工作中,我们开发了一种经验性贝斯方法,用计算机模型预测物理数量,我们假设考虑中的计算机模型需要校准,而且计算成本很高。我们提出了一个高斯过程模拟器和一个高斯过程模型,以了解计算机模型与基本物理过程之间的系统性差异。这样,就可以对高斯过程引起的有条件分布进行封闭式和易于计算的预测。我们通过确定估计物理过程的相貌一致性,为拟议方法提供了严格的理论依据。这些方法的计算效率在广泛的模拟研究和一个真实的数据实例中得到了证明。新建立的方法从实际和理论角度加强了对计算机模型的使用。

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