Surrogate models

看了Evaluation of failure probability via surrogate models,记录一下。

针对失效概率估计的代理模型主要是得到一个去逼近极限状态方程,其中极限状态方程是用于区分结构的安全状态和失效状态的数学模型。

失效概率可以定义为积分的形式:
Pasted image 20231212233133论文的贡献点:

  1. demonstrate that the straightforward sampling of a surrogate model can lead to erroneous results, no matter how accurate the surrogate model is.
  2. propose a hybrid approach by sampling both the surrogate model in a ‘‘large” portion of the probability space and the original system in a ‘‘small” portion

convergence

关于第一个直接对于不管其精度有多高,代理模型进行采样会导致错误的结果是通过例子来论证的,这说明在使用代理模型进行计算时,即使它们在大多数点上的值非常接近,也必须非常小心,因为在某些关键的性质上,它们可能给出错误的预测。

Pasted image 20231212221826

  1. 局部误差的放大:在对函数进行积分时,局部的小误差可能在整个积分区域内累积,导致总误差较大。
  2. 模型的非线性非线性系统可能对输入的微小变化非常敏感,因此即使是非常接近的两个模型,其输出也可能大不相同。
  3. 极值或尾部行为:对于系统的某些性能指标,可能更依赖于输入分布的极值或尾部行为,而这些区域的模型逼近可能不够准确。

就算不是仅仅偏向于一个边的也会出现这个问题:Pasted image 20231212230630

上面的Gibbs’ oscillation。具体来说,当用三角函数的有限和(例如,傅立叶级数的前N项)去逼近一个有跳跃不连续性的周期函数时,在跳跃不连续点的两边,逼近函数会出现波峰和波谷,这些波峰和波谷不会随着N的增加而消失,尽管它们的宽度会随着更多的项被加入而变窄。

hybrid approach

  1. 得到近似:(可以用不同的方式得到)
  2. 设置, 当 足够接近于0,也就是临界状态的时候采用

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其中临界值是通过Pasted image 20231213154228

证明

收敛性证明:

  1. 首先证明了概率和拟合程度之间的关系:

    Pasted image 20231213153821

  2. 证明 收敛性 夹逼定理:

    Pasted image 20231213153903

之后就可以通过MC方法来估计$P{(N,\gamma)}Q{(N,\gamma)}\gamma$也就是计算下面的

Pasted image 20231213154228

但是这个不容易估计

迭代方式

初始化的时候从Z中采样生成M个点,之后根据这M个点估计一个,并且将k个采样得到的点对应的按照从小到大顺序排列

迭代的时候,选择前面个点,按照下面的公式更新:
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上面的部分右侧部分加上的东西就是,将原始中来自的部分替换成的部分,并且替换的顺序按照的大小顺序进行。