All-at-once approach to multifidelity polynomial chaos expansion surrogate modeling

多项式混沌 替代模型 混沌(操作系统) 应用数学 多项式的 数学 替代数据 数学优化 统计物理学 计算机科学 物理 数学分析 非线性系统 统计 量子力学 计算机安全 蒙特卡罗方法
作者
Dean E. Bryson,Markus P. Rumpfkeil
出处
期刊:Aerospace Science and Technology [Elsevier]
卷期号:70: 121-136 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.ast.2017.07.043
摘要

Abstract A new approach to multifidelity, gradient-enhanced surrogate modeling using polynomial chaos expansions is presented. This approach seeks complementary additive and multiplicative corrections to low-fidelity data whereas current hybrid methods in the literature attempt to balance individually calculated calibrations. An advantage of the new approach is that least squares-optimal coefficients for both corrections and the model of interest are determined simultaneously using the high-fidelity data directly in the final surrogate. The proposed technique is compared to the weighted approach for three analytic functions and the numerical simulation of a vehicle's lift coefficient using Cartesian Euler CFD and panel aerodynamics. Investigation of the individual correction terms indicates the advantage of the proposed approach is that complementary calibrations separately adjust the low-fidelity data in local regions based on agreement or disagreement between the two fidelities. In cases where polynomials are suitable approximations to the true function, the new all-at-once approach is found to reduce error in the surrogate faster than the method of weighted combinations. When the low-fidelity is a good approximation of the true function, the proposed technique out-performs monofidelity approximations as well. Sparse grid constructions alleviate the growth of the training set as root-mean-square-error is calculated for increasingly higher polynomial orders. Utilizing gradient information provides an advantage at lower training grid levels for low-dimensional spaces, but worsens numerical conditioning of the system in higher dimensions.

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