With the ever growing importance of uncertainty and sensitivity analysis of complex model evaluations and the difficulty of their timely realizations comes a need for more efficient numerical operations. Non-intrusive Polynomial Chaos methods are highly efficient and accurate to map input-output relationships to investigate complex models. There is a lot of potential to increase the efficacy of the method regarding the selected sampling scheme. We examined state-of-the-art sampling schemes categorized in space-filling-optimal designs such as Latin Hypercube sampling and L1 optimal sampling and compare their empirical performance against standard random sampling. The analysis was performed in the context of L1 minimization using the least-angle regression algorithm to fit the gPC regression models. The sampling schemes are thoroughly investigated by evaluating the quality of the constructed surrogate models considering distinct test cases representing different problem classes covering low, medium and high dimensional problems. Finally, the samplings schemes are tested on an application example to estimate the sensitivity of the self-impedance of a probe, which is used to measure the impedance of biological tissues at different frequencies. Due to the random nature, we compared the sampling schemes using statistical stability measures and evaluated the success rates to construct a surrogate model with an accuracy of <0.1%. We observed strong differences in the convergence properties of the methods between the analyzed test functions.


翻译:随着复杂模型评估的不确定性和敏感性分析的日益重要性和敏感性以及及时实现这些评估的困难性,需要更有效的数字操作。非侵扰性多元性混乱方法对于绘制用于调查复杂模型的输入-输出关系具有高度的效率和准确性。对于提高选定取样办法方法的效能而言,有很大的潜力。我们研究了在诸如拉丁超立方取样和L1最佳取样等空间填充最佳设计中分类的最先进的取样办法,并将其经验性能与标准随机取样进行比较。分析是在L1最小化L1背景下进行的,使用最小回归算法来适应GPC回归模型。抽样办法通过评估构建的替代模型的质量进行彻底调查,同时考虑到代表低度、中度和高度问题等不同类别的不同测试案例。最后,抽样办法的测试是用来估计探测器自我缺陷的敏感度的范例,用于测量不同频率生物组织受阻碍的程度。由于随机性,我们用统计稳定度标准差的精确度标准差来比较取样办法的质量。我们用统计稳定度差差数来比较所观察到的成功率。

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