Uncertainty propagation method for high-dimensional black-box problems via Bayesian deep neural network

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作者
Jing Fei Liu,Chao Jiang,Jing Zheng
出处
期刊:Structural and Multidisciplinary Optimization [Springer Science+Business Media]
卷期号:65 (3) 被引量:8
标识
DOI:10.1007/s00158-021-03161-1
摘要

A high-dimensional uncertainty propagation (UP) method is proposed in this paper, solving UP problems directly in the high-dimensional space. Firstly, a probability density function-based sampling (PDFS) method is developed to generate input samples, which can locate the area determined by the spatial distribution characteristics of input variables efficiently. High-quality training data can thus be obtained by computing the system response of objective black-box problem at those input samples. Secondly, Bayesian deep neural network (BDNN) is trained on the training data to construct surrogate model for objective black-box problem. Thirdly, Monte Carlo sampling is implemented on the trained BDNN to compute the statistical samples of system response. Finally, Gaussian mixture model is utilized to fit the probability density function (PDF) of system response based on the statistical samples. Moreover, because PDFS can generate samples according to the PDF of input variables, it is also suitable for problems involving multimodal distributions. Several numerical examples are utilized to validate the effectiveness of proposed method.

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