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Muestreo estratificado de fidelidad múltiple basado en aprendizaje automático adaptativo para el análisis de fallos de sistemas estocásticos no lineales

작성자
  • Haebom

Autor

Liuyun Xu, Seymour MJ Spence

Describir

Este artículo propone una técnica de muestreo estratificado de fidelidad múltiple que utiliza un metamodelo de aprendizaje automático adaptativo para abordar el problema de que las técnicas existentes de reducción de la varianza aún requieren una evaluación exhaustiva del modelo en simulaciones probabilísticas para el análisis de eventos poco frecuentes. Un metamodelo basado en aprendizaje profundo se entrena en un conjunto de datos de alta fidelidad y se utiliza como modelo de baja fidelidad. Una técnica de entrenamiento adaptativo equilibra la precisión de aproximación y el coste computacional. Los resultados del modelo de baja fidelidad se integran con resultados adicionales de alta fidelidad para estimar la probabilidad de fallo en cada nivel mediante un marco de Monte Carlo de fidelidad múltiple. La probabilidad de fallo global se calcula utilizando el teorema de probabilidad global. Las simulaciones de carga de viento en un edificio alto demuestran que la técnica propuesta puede estimar con precisión las curvas de probabilidad de excedencia, a la vez que reduce significativamente los costes computacionales en comparación con las técnicas existentes de reducción de la varianza de fidelidad simple.

Takeaways, Limitations

Takeaways:
Presentamos un novedoso enfoque de multifidelidad que puede reducir drásticamente los costos computacionales en el análisis de eventos raros.
Utilización eficiente de modelos de alta fidelidad aprovechando metamodelos de aprendizaje automático adaptativo.
Prueba de la viabilidad de la propagación efectiva de la incertidumbre y la estimación de la probabilidad de eventos raros en entornos complejos de modelado de elementos finitos no lineales.
Verificación de aplicabilidad práctica mediante simulación de cargas de viento en edificios de gran altura.
Limitations:
Se necesitan más investigaciones para determinar la generalidad de la técnica propuesta y su aplicabilidad a varios tipos de problemas.
Se necesitan análisis de sensibilidad y estrategias de gestión de errores para la precisión del metamodelo.
Se necesitan consideraciones adicionales con respecto al tamaño de los datos y el tiempo de entrenamiento necesarios para el entrenamiento de metamodelos basado en aprendizaje profundo.
Dado que estos son resultados de validación para un tipo específico de problema (carga de viento en edificios de gran altura), se necesita más investigación para determinar la generalización a otros tipos de problemas.
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