There are essentially three kinds of approaches to Uncertainty Quantification (UQ): (A) robust optimization, (B) Bayesian, (C) decision theory. Although (A) is robust, it is unfavorable with respect to accuracy and data assimilation. (B) requires a prior, it is generally brittle and posterior estimations can be slow. Although (C) leads to the identification of an optimal prior, its approximation suffers from the curse of dimensionality and the notion of risk is one that is averaged with respect to the distribution of the data. We introduce a 4th kind which is a hybrid between (A), (B), (C), and hypothesis testing. It can be summarized as, after observing a sample $x$, (1) defining a likelihood region through the relative likelihood and (2) playing a minmax game in that region to define optimal estimators and their risk. The resulting method has several desirable properties (a) an optimal prior is identified after measuring the data, and the notion of risk is a posterior one, (b) the determination of the optimal estimate and its risk can be reduced to computing the minimum enclosing ball of the image of the likelihood region under the quantity of interest map (which is fast and not subject to the curse of dimensionality). The method is characterized by a parameter in $ [0,1]$ acting as an assumed lower bound on the rarity of the observed data (the relative likelihood). When that parameter is near $1$, the method produces a posterior distribution concentrated around a maximum likelihood estimate with tight but low confidence UQ estimates. When that parameter is near $0$, the method produces a maximal risk posterior distribution with high confidence UQ estimates. In addition to navigating the accuracy-uncertainty tradeoff, the proposed method addresses the brittleness of Bayesian inference by navigating the robustness-accuracy tradeoff associated with data assimilation.


翻译:不确定性量化(UQ)基本上有三种方法:(A) 稳健优化,(B) 巴伊西亚,(C) 决策理论。虽然 (A) 是稳健的,但对于准确性和数据同化来说是不可取的。 (B) 需要事先确定,一般是易碎,后期估计可能缓慢。 (C) 导致确定最佳前期,其近似受到维度的诅咒,风险的概念是数据分布的平均值。我们引入了第四种类型,即接近于(A),(B),(C)和假设测试。这可以概括为,在观察样品美元与数据同化方面,(1) 通过相对可能性确定一个可能性,(2) 在该区域玩一个最小的游戏,以确定最佳估计值及其风险。 由此产生的方法具有一些可取性(a) 在测量数据后确定贸易先期,风险概念是近于后期的。 (b) 确定最优化的估算值是接近的(B),(B) 和假设值的近期估算值之间是接近的,其最接近的比值的值值值值值值值值,其比值的比值值值值值值值值值,其比值在测值下,其测值的比值的比值的比值上,其比值的比值的比值是稳定的比值的比值,其比值的比值是稳定的比值值值,其测的比值, 。(比值是测的比值是测的比值是最低的比值的比值, 。

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