In many Bayesian inverse problems the goal is to recover a spatially varying random field. Such problems are often computationally challenging especially when the forward model is governed by complex partial differential equations (PDEs). The challenge is particularly severe when the spatial domain is large and the unknown random field needs to be represented by a high-dimensional parameter. In this paper, we present a domain-decomposed method to attack the dimensionality issue and the method decomposes the spatial domain and the parameter domain simultaneously. On each subdomain, a local Karhunen-Lo`eve (KL) expansion is constructed, and a local inversion problem is solved independently in a parallel manner, and more importantly, in a lower-dimensional space. After local posterior samples are generated through conducting Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulations on subdomains, a novel projection procedure is developed to effectively reconstruct the global field. In addition, the domain decomposition interface conditions are dealt with an adaptive Gaussian process-based fitting strategy. Numerical examples are provided to demonstrate the performance of the proposed method.


翻译:在许多巴伊西亚反问题中,目标是恢复一个空间差异的随机字段。这些问题往往在计算上具有挑战性,特别是当远方模型由复杂的部分差异方程式(PDEs)管理时。当空间域面积大,未知随机字段需要高维参数代表时,挑战就特别严峻。在本文件中,我们提出了一个域分解方法,以同时解决维度问题和空间域和参数域分解的方法。在每个子领域,都建造了一个本地的Karhunen-Lo`eve(KL)扩展,以平行的方式独立解决了局部反转问题,更重要的是,在较低维度空间,挑战就特别严峻。在对子领域进行Markov连锁Monte Carlo(MCMC)的模拟后,通过进行本地后,开发了一个新的预测程序,以有效地重建全球域。此外,还用适应性高斯-Lo'ef(KL)的流程匹配战略处理了域分解接口条件。提供了数字示例,以说明拟议方法的性能。

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