Some classical uncertainty quantification problems require the estimation of multiple expectations. Estimating all of them accurately is crucial and can have a major impact on the analysis to perform, and standard existing Monte Carlo methods can be costly to do so. We propose here a new procedure based on importance sampling and control variates for estimating more efficiently multiple expectations with the same sample. We first show that there exists a family of optimal estimators combining both importance sampling and control variates, which however cannot be used in practice because they require the knowledge of the values of the expectations to estimate. Motivated by the form of these optimal estimators and some interesting properties, we therefore propose an adaptive algorithm. The general idea is to adaptively update the parameters of the estimators for approaching the optimal ones. We suggest then a quantitative stopping criterion that exploits the trade-off between approaching these optimal parameters and having a sufficient budget left. This left budget is then used to draw a new independent sample from the final sampling distribution, allowing to get unbiased estimators of the expectations. We show how to apply our procedure to sensitivity analysis, by estimating Sobol' indices and quantifying the impact of the input distributions. Finally, realistic test cases show the practical interest of the proposed algorithm, and its significant improvement over estimating the expectations separately.


翻译:一些典型的不确定性量化问题需要估算多种期望。准确估计所有这些问题都至关重要,能够对分析进行重大影响,因此,我们建议一种适应性算法。一般的想法是适应性地更新估算员的参数,以接近最佳指标。我们然后建议一个量化停止标准,利用接近这些最佳参数之间的权衡,并留下足够的预算。然后用这一左预算从最后抽样分布中抽取一个新的独立样本,以便获得对预期的公正估计。我们通过估计Sobol指数和量化其实际预测,最后显示对实际分析的预测,显示对实际分析的预测。

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