Forward simulation-based uncertainty quantification that studies the output distribution of quantities of interest (QoI) is a crucial component for computationally robust statistics and engineering. There is a large body of literature devoted to accurately assessing statistics of QoI, and in particular, multilevel or multifidelity approaches are known to be effective, leveraging cost-accuracy tradeoffs between a given ensemble of models. However, effective algorithms that can estimate the full distribution of outputs are still under active development. In this paper, we introduce a general multifidelity framework for estimating the cumulative distribution functions (CDFs) of vector-valued QoI associated with a high-fidelity model under a budget constraint. Given a family of appropriate control variates obtained from lower fidelity surrogates, our framework involves identifying the most cost-effective model subset and then using it to build an approximate control variates estimator for the target CDF. We instantiate the framework by constructing a family of control variates using intermediate linear approximators and rigorously analyze the corresponding algorithm. Our analysis reveals that the resulting CDF estimator is uniformly consistent and budget-asymptotically optimal, with only mild moment and regularity assumptions. The approach provides a robust multifidelity CDF estimator that is adaptive to the available budget, does not require \textit{a priori} knowledge of cross-model statistics or model hierarchy, and is applicable to general output dimensions. We demonstrate the efficiency and robustness of the approach using several test examples.


翻译:以前置模拟为基础的不确定性量化方法研究利益量的输出分布(QoI)是计算稳健的统计和工程的关键组成部分。大量文献专门用于准确评估QoI的统计,特别是多层次或多信仰方法已知是有效的,利用特定模型组合之间的成本-准确性权衡。然而,能够估计产出全部分布的有效算法仍在积极开发之中。在本文件中,我们引入了一个通用的多功能框架,用于估算矢量值QoI的累积分配功能(CDF),与预算制约下的高不成熟模型相关。鉴于从低忠诚类比方获得的一套适当的控制差异性,我们的框架涉及确定最具成本效益的模型子集,然后用于构建目标CDF的大致控制变异性估计值。我们通过使用中间线性吸附器和严格分析相应的算法,我们的分析显示,由此产生的CDFS通用的稳健和高性结构模型,只能向预算前置、稳妥性测试性模型提供最稳和最稳性的标准。我们的分析表明,CDFS的模型只能提供最稳的、最稳性、最稳性、最稳性的标准性、先测试性、先测试性、最难性、最精确性、最精确的计算。</s>

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