We provide a novel method for sensitivity analysis of parametric robust Markov chains. These models incorporate parameters and sets of probability distributions to alleviate the often unrealistic assumption that precise probabilities are available. We measure sensitivity in terms of partial derivatives with respect to the uncertain transition probabilities regarding measures such as the expected reward. As our main contribution, we present an efficient method to compute these partial derivatives. To scale our approach to models with thousands of parameters, we present an extension of this method that selects the subset of $k$ parameters with the highest partial derivative. Our methods are based on linear programming and differentiating these programs around a given value for the parameters. The experiments show the applicability of our approach on models with over a million states and thousands of parameters. Moreover, we embed the results within an iterative learning scheme that profits from having access to a dedicated sensitivity analysis.


翻译:我们提供了一种新的方法,用于参数鲁棒马尔可夫链的敏感度分析。这些模型包括参数和概率分布集合,以缓解精确概率可用的常常不切实际的假设。我们用关于测量如期望回报的不确定转移概率的偏导数来衡量敏感度。作为我们的主要贡献,我们提出了一种计算这些偏导数的高效方法。为了将我们的方法扩展到具有数千个参数的模型,我们提出了一种方法,选择具有最高偏导数的$k$个参数的子集。我们的方法基于线性规划,并绕给定参数值差分这些程序。实验表明,我们的方法适用于具有超过一百万个状态和数千个参数的模型。此外,我们将结果嵌入一个迭代学习方案中,从中受益于获得专用的敏感性分析。

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马尔可夫链,因安德烈·马尔可夫(A.A.Markov,1856-1922)得名,是指数学中具有马尔可夫性质的离散事件随机过程。该过程中,在给定当前知识或信息的情况下,过去(即当前以前的历史状态)对于预测将来(即当前以后的未来状态)是无关的。 在马尔可夫链的每一步,系统根据概率分布,可以从一个状态变到另一个状态,也可以保持当前状态。状态的改变叫做转移,与不同的状态改变相关的概率叫做转移概率。随机漫步就是马尔可夫链的例子。随机漫步中每一步的状态是在图形中的点,每一步可以移动到任何一个相邻的点,在这里移动到每一个点的概率都是相同的(无论之前漫步路径是如何的)。
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