CAREER: Model-Free Input Screening and Sensitivity Analysis in Simulation Metamodeling

职业:仿真元建模中的无模型输入筛选和敏感性分析

基本信息

项目摘要

This Faculty Early Career Development Program (CAREER) award will contribute to national health and prosperity by improving modeling and analysis using large-scale simulations. Simulation is a widely used method to model stochastic systems, but analysis of these models becomes computationally and statistically difficult when the models involve a large number of potential input parameters. In order to improve model tractability, it becomes important to identify a subset of significant input parameters, and then to design effective simulation experiments using these input parameters. This project will provide new input screening and sensitivity analysis techniques for improving the decision-making capability within performance and schedule requirements in large-scale, complex systems applications. The techniques have the potential to apply to a wide range of application areas, such as biomedical studies, health care, manufacturing, and defense and homeland security operations. This project will also positively impact engineering education and broaden the participation of underrepresented groups in the engineering enterprise. The investigator will develop methods to enhance the scalability and sampling efficiency of metamodel-based simulation analysis. The key technical components include (1) a model-free method based on the Morris elementary effects method for sequential input screening with rigorous statistical performance guarantees, (2) theory and methods for constructing knowledge- and data-driven scalable heteroscedastic dual metamodels, and (3) a rigorous metamodel-based global sensitivity analysis approach to quantifying the impact of each active input under heteroscedasticity with finite-sample and large-sample performance guarantees. This project will generate novel methodology and practical algorithms for effective and efficient online input screening and global sensitivity analysis. The methods and algorithms developed will be tested on complex stochastic systems through two ongoing research collaborations with biomedical informatics researchers. The educational plan includes development of pre-college outreach programs, undergraduate and graduate curricula, and career development-related workshops for female engineering students.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该教师早期职业发展计划(CAREER)奖将通过使用大规模模拟改进建模和分析来促进国家健康和繁荣。 仿真是一种广泛使用的方法来建模随机系统,但这些模型的分析变得计算和统计上困难时,模型涉及大量的潜在输入参数。 为了提高模型的易处理性,重要的是要确定一个子集的重要输入参数,然后设计有效的仿真实验,使用这些输入参数。 该项目将提供新的输入筛选和灵敏度分析技术,以提高大规模复杂系统应用中性能和进度要求范围内的决策能力。 这些技术有可能应用于广泛的应用领域,如生物医学研究,医疗保健,制造业,国防和国土安全行动。 该项目还将对工程教育产生积极影响,并扩大代表性不足的群体在工程企业中的参与。研究人员将开发方法,以提高基于元模型的仿真分析的可扩展性和采样效率。 关键技术部分包括(1)基于Morris基本效应方法的无模型方法,用于具有严格统计性能保证的顺序输入筛选,(2)用于构建知识和数据驱动的可扩展异方差双元模型的理论和方法,以及(3)一种严格的基于元模型的全局敏感性分析方法,用于量化具有有限-样品和大样品性能保证。该项目将为有效和高效的在线输入筛选和全局敏感性分析产生新的方法和实用算法。 开发的方法和算法将通过与生物医学信息学研究人员正在进行的两项研究合作在复杂的随机系统上进行测试。 该教育计划包括大学预科拓展计划、本科生和研究生课程以及针对女性工程专业学生的职业发展相关研讨会的开发。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Efficient and Robust Online Trajectory Prediction for Non-Cooperative Unmanned Aerial Vehicles
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Xie, Guangrui;Chen, Xi
  • 通讯作者:
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Empirical Uniform Bounds For Heteroscedastic Metamodeling
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Wang, Wenyu;Wan, Hong;Chen, Xi
  • 通讯作者:
    Chen, Xi
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simulations and application to daily streamflow processes
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  • 期刊:
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  • 作者:
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