Stochastic kriging has been widely employed for simulation metamodeling to predict the response surface of a complex simulation model. However, its use is limited to cases where the design space is low-dimensional, because the number of design points required for stochastic kriging to produce accurate prediction, in general, grows exponentially in the dimension 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 of inverting 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 very mildly in the dimension, 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:在模拟模拟模型模型中,广泛使用托盘克里格技术来预测复杂模拟模型的反应面。然而,它的使用仅限于设计空间是低维的案例中,因为用于精确预测的托盘克里格技术所需的设计点数量总的来说在设计空间的维度上成倍增长。大量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,而且由于需要颠倒大型常态基体,也造成了严重的计算挑战。基于高压马可夫内核和稀薄的网格实验设计,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,即使在模型描述错误的情况下,拟议方法的样本复杂性在维度上也非常温和地增长。我们还开发了快速算法,在没有任何近似方法的情况下,精确地对托卡里格进行计算。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,通过数量级与实践中典型替代方法相比,提高预测的准确性和计算效率。

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