Rare-event simulation techniques, such as importance sampling (IS), constitute powerful tools to speed up challenging estimation of rare catastrophic events. These techniques often leverage the knowledge and analysis on underlying system structures to endow desirable efficiency guarantees. However, black-box problems, especially those arising from recent safety-critical applications of AI-driven physical systems, can fundamentally undermine their efficiency guarantees and lead to dangerous under-estimation without diagnostically detected. We propose a framework called Deep Probabilistic Accelerated Evaluation (Deep-PrAE) to design statistically guaranteed IS, by converting black-box samplers that are versatile but could lack guarantees, into one with what we call a relaxed efficiency certificate that allows accurate estimation of bounds on the rare-event probability. We present the theory of Deep-PrAE that combines the dominating point concept with rare-event set learning via deep neural network classifiers, and demonstrate its effectiveness in numerical examples including the safety-testing of intelligent driving algorithms.


翻译:诸如重要取样(IS)等稀有活动模拟技术是加快对罕见灾难性事件进行具有挑战性的估算的有力工具,这些技术往往利用关于基本系统结构的知识和分析来提供理想的效率保障;然而,黑箱问题,特别是最近由AI驱动的物理系统的安全关键应用所产生的问题,从根本上损害其效率保障,并导致危险估计不足,而不诊断性检测。我们提议了一个称为深概率快速评估(Deep-PrAE)的框架,以设计具有统计保障的IS,将多功能但可能缺乏保障的黑箱取样器转换成一个我们称之为宽松的效率证书,以便准确估计稀有事件概率的界限。我们介绍了深神经网络分类器将点概念与稀有活动组合相结合的深神经网络分类器理论,并在数字实例中展示其有效性,包括智能驱动算法的安全测试。

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