Stochastic kriging has been widely employed for simulation metamodeling to predict the response surface of complex simulation models. However, its use is limited to cases where the design space is low-dimensional because, in general, the sample complexity (i.e., the number of design points required for stochastic kriging to produce an accurate prediction) grows exponentially in the dimensionality of the design space. The large sample size results in both a prohibitive sample cost for running the simulation model and a severe computational challenge due to the need to invert large covariance matrices. Based on tensor Markov kernels and sparse grid experimental designs, we develop a novel methodology that dramatically alleviates the curse of dimensionality. We show that the sample complexity of the proposed methodology grows only slightly in the dimensionality, even under model misspecification. We also develop fast algorithms that compute stochastic kriging in its exact form without any approximation schemes. We demonstrate via extensive numerical experiments that our methodology can handle problems with a design space of more than 10,000 dimensions, improving both prediction accuracy and computational efficiency by orders of magnitude relative to typical alternative methods in practice.


翻译:在模拟模型模型的模拟模型中,广泛使用托盘式轮廓法来预测复杂模拟模型的反应面。然而,其使用仅限于设计空间低维的情况,因为一般而言,样本复杂性(即用于准确预测的随机轮廓所需的设计点数)在设计空间的维度上成倍增长。大型样本规模导致运行模拟模型的样本成本高得令人望而却步,以及由于需要倒转大型共变矩阵而带来严重计算挑战。根据高压马尔科夫内核和稀疏网格实验设计,我们开发了一种新颖的方法,大大减轻了对维度的诅咒。我们表明,即使根据模型的偏差特性,拟议方法的样本复杂性在维度方面仅略有增加。我们还开发了快速算法,在不采用任何近似方法的情况下对精确形式的托盘式轮廓进行计算。我们通过广泛的数字实验证明,我们的方法可以处理设计空间超过10 000维的难题,提高预测准确性,并按相对规模按典型替代方法的大小进行计算。

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