The objective of this work is to quantify the uncertainty in probability of failure estimates resulting from incomplete knowledge of the probability distributions for the input random variables. We propose a framework that couples the widely used Subset simulation (SuS) with Bayesian/information theoretic multi-model inference. The process starts with data used to infer probability distributions for the model inputs. Often such data sets are small. Multi-model inference is used to assess uncertainty associated with the model-form and parameters of these random variables in the form of model probabilities and the associated joint parameter probability densities. A sampling procedure is used to construct a set of equally probable candidate probability distributions and an optimal importance sampling distribution is determined analytically from this set. Subset simulation is then performed using this optimal sampling density and the resulting conditional probabilities are re-weighted using importance sampling. The result of this process are empirical probability distributions of failure probabilities that provide direct estimates of the uncertainty in failure probability estimates that result from inference on small data sets. The method is demonstrated to be both computationally efficient -- requiring only a single subset simulation and nominal cost of sample re-weighting -- and to provide reasonable estimates of the uncertainty in failure probabilities.


翻译:这项工作的目标是量化因对输入随机变量的概率分布不完全了解而导致的故障概率估计数的不确定性。我们提议一个框架,将广泛使用的子集模拟(SuS)与贝叶西亚/信息多模型理论性多模型推论结合使用。这一过程从用来推算模型输入的概率分布的数据开始。这种数据集往往很小。多模型推论用于评估与这些随机变量模型形式和参数相关的联合参数概率密度的不确定性,其形式为模型概率和相关联合参数概率密度。抽样程序用来构建一套同样可能的候选概率分布和最佳重要性抽样分布,从这一集中分析确定。然后使用这种最佳采样密度进行子集模拟,其产生的有条件概率利用重要性取样进行重新加权。这一过程的结果是实验性概率分布,这种概率分布直接估算出由于对小型数据集的推论而导致的故障概率估计数的不确定性。该方法既具有计算效率,又仅要求进行单一子集概率模拟和标称的样本再加权估计数的不确定性。

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