We introduce a class of acquisition functions for sample selection that leads to faster convergence in applications related to Bayesian experimental design and uncertainty quantification. The approach follows the paradigm of active learning, whereby existing samples of a black-box function are utilized to optimize the next most informative sample. The proposed method aims to take advantage of the fact that some input directions of the black-box function have a larger impact on the output than others, which is important especially for systems exhibiting rare and extreme events. The acquisition functions introduced in this work leverage the properties of the likelihood ratio, a quantity that acts as a probabilistic sampling weight and guides the active-learning algorithm towards regions of the input space that are deemed most relevant. We demonstrate superiority of the proposed approach in the uncertainty quantification of a hydrological system as well as the probabilistic quantification of rare events in dynamical systems and the identification of their precursors.


翻译:我们为抽样选择引入了一类获取功能,使与巴伊西亚实验设计和不确定性量化有关的应用更快地趋于一致;该方法遵循积极学习模式,即利用黑箱功能的现有样本优化下一个信息最丰富的样本;拟议方法旨在利用以下事实:黑箱功能的某些输入方向对产出的影响大于其他输入方向,这对于显示稀有和极端事件的系统尤其重要;这项工作中引入的获取功能利用了概率比率的特性,该比率是作为概率抽样权重的一个数量,并指导积极学习算法流向被认为最相关的输入空间区域;我们展示了在确定水文系统的不确定性方面拟议方法的优越性,以及动态系统中稀有事件的概率量化及其前体的识别。

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