Efficiency comparison of MCMC and Transport Map Bayesian posterior estimation for structural health monitoring

马尔科夫蒙特卡洛 贝叶斯概率 后验概率 结构健康监测 贝叶斯估计量 计算机科学 贝叶斯定理 估计 统计 人工智能 数据挖掘 计量经济学 数学 工程类 结构工程 系统工程
作者
Jan Grashorn,Matteo Broggi,Ludovic Chamoin,Michael Beer
出处
期刊:Mechanical Systems and Signal Processing [Elsevier]
卷期号:216: 111440-111440
标识
DOI:10.1016/j.ymssp.2024.111440
摘要

In this paper, an alternative to solving Bayesian inverse problems for structural health monitoring based on a variational formulation with so-called transport maps is examined. The Bayesian inverse formulation is a widely used tool in structural health monitoring applications. While Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods are often implemented in these settings, they come with the problem of using many model evaluations, which in turn can become quite costly. We focus here on recent developments in the field of transport theory, where the problem is formulated as finding a deterministic, invertible mapping between some easy to evaluate reference density and the posterior. The resulting variational formulation can be solved with integration and optimization methods. We develop a general formulation for the application of transport maps to vibration-based structural health monitoring. Further, we study influences of different integration approaches on the efficiency and accuracy of the transport map approach and compare it to the Transitional MCMC algorithm, a widely used method for structural identification. Both methods are applied to a lower-dimensional dynamic model with uni- and multi-modal properties, as well as to a higher-dimensional neural network surrogate system of an airplane structure. We find that transport maps have a significant increase in accuracy and efficiency, when used in the right circumstances.

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