Global sensitivity analysis (GSA) of functional-output models is usually performed by combining statistical techniques, such as basis expansions, metamodeling and sampling based estimation of sensitivity indices. By neglecting truncation error from basis expansion, two main sources of errors propagate to the final sensitivity indices: the metamodeling related error and the sampling-based, or pick-freeze (PF), estimation error. This work provides an efficient algorithm to estimate these errors in the frame of Gaussian processes (GP), based on the approach of Le Gratiet et al. [16]. The proposed algorithm takes advantage of the fact that the number of basis coefficients of expanded model outputs is significantly smaller than output dimensions. Basis coefficients are fitted by GP models and multiple conditional GP trajectories are sampled. Then, vector-valued PF estimation is used to speed-up the estimation of Sobol indices and generalized sensitivity indices (GSI). We illustrate the methodology on an analytical test case and on an application in non-Newtonian hydraulics, modelling an idealized dam-break flow. Numerical tests show an improvement of 15 times in the computational time when compared to the application of Le Gratiet et al. [16] algorithm separately over each output dimension.


翻译:函数输出模型的全局敏感性分析通常通过结合统计技术进行,包括基展开、元建模以及基于抽样的敏感性指标估计。忽略基展开产生的截断误差后,两种主要误差源会传播至最终的敏感性指标:元建模相关误差和基于抽样(即pick-freeze)的估计误差。本研究基于Le Gratiet等人[16]的方法,提出了一种在高斯过程框架下高效估计这些误差的算法。该算法充分利用了展开后模型输出的基系数数量远小于输出维度的特性:首先通过高斯过程模型拟合基系数,并采样多条条件高斯过程轨迹;随后采用向量化pick-freeze估计方法以加速Sobol指标和广义敏感性指标的估计。我们通过解析测试案例和非牛顿流体力学中理想化溃坝流建模的应用案例验证了该方法。数值实验表明,相较于将Le Gratiet等人[16]的算法分别应用于每个输出维度,本算法在计算时间上实现了15倍的提升。

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