Randomized quasi-Monte Carlo sampling for scientific computing
用于科学计算的随机准蒙特卡洛采样
基本信息
- 批准号:2152780
- 负责人:
- 金额:$ 20万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-09-01 至 2025-08-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This project will improve methods of handling enormous numbers of variables that one must account for in scientific, engineering and commercial computation. In graphical rendering for scientific visualization or for computer games one has to account for many different paths that light could take to form an image. In financial forecasting it is necessary to model future prices changes of one or more asset prices over many future time steps. Models for the flow of pollutants must account for varying permeability of soil in many places. All of these problems yield high dimensional problems where the dimension is the number of underlying variables that have to be accounted for. The standard problem is to average a quantity of interest with respect to random values of all those unknowns. Related problems involve identifying which of those unknowns is most important. This project will develop more computationally efficient ways to solve these problems. The broader impacts include uses in graphics, finance and other scientific and engineering computations. They also include training of doctoral students to solve these methods and presentation of the work to other researchers.The specific methods under study are known as randomized quasi-Monte Carlo (RQMC) sampling. These methods are much more efficient than the more familiar Monte Carlo (MC) sampling which makes random choices of the inputs. Quasi-Monte Carlo (QMC) makes deterministic and very balanced input choices. For smooth enough problems QMC improves the convergence rate of MC sampling. RQMC randomizes the QMC points to retain their balance but allow statistical error estimates by replication. For smooth enough problems RQMC improves the rate attained by QMC. One part of the project develops a median of means strategy to combine independent RQMC replicates. This method is much more accurate than the usual mean of means because it excludes outliers which can then provide yet more improvements in the convergence rate. It requires new theoretical inputs to QMC/RQMC coming from analytic combinatorics including a famous theorem of Hardy and Ramanujan. The project also includes active subspace methods for reducing the effective dimension of high dimensional integrands. Active subspaces are a newly evolving method from the uncertainty quantification (UQ) literature that this project will merge with RQMC. UQ methods are becoming more prominent in engineering where users want better ways to judge the accuracy of their numerical methods.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.
该项目将改进处理科学、工程和商业计算中必须考虑的大量变量的方法。在科学可视化或计算机游戏的图形渲染中,人们必须考虑到光形成图像可能采取的许多不同路径。 在财务预测中,有必要对一种或多种资产价格在未来许多时间步长内的未来价格变化进行建模。 污染物流动的模型必须考虑到许多地方土壤渗透性的变化。所有这些问题都会产生高维问题,其中维度是必须考虑的潜在变量的数量。 标准问题是求一个感兴趣的量相对于所有这些未知数的随机值的平均值。 相关的问题包括确定这些未知数中哪一个是最重要的。 该项目将开发计算效率更高的方法来解决这些问题。 更广泛的影响包括在图形,金融和其他科学和工程计算中的应用。 他们还包括培训博士生解决这些方法,并向其他研究人员介绍工作。正在研究的具体方法被称为随机准蒙特卡罗(RQMC)抽样。这些方法比更熟悉的蒙特卡罗(MC)抽样更有效,后者对输入进行随机选择。 准蒙特卡罗(QMC)做出确定性且非常平衡的输入选择。 对于足够光滑的问题,QMC提高了MC采样的收敛速度。RQMC将QMC点随机化以保持其平衡,但允许通过重复进行统计误差估计。 对于足够光滑的问题,RQMC提高了QMC达到的速度。 该项目的一个部分是开发一个平均策略的中位数,以结合联合收割机独立的RQMC重复。 这种方法比通常的平均值更准确,因为它排除了离群值,然后可以在收敛速度方面提供更多的改进。 它需要新的理论输入QMC/RQMC来自分析组合学,包括一个著名的定理的哈代和Ramanujan。 该项目还包括积极的子空间方法,用于减少高维被积的有效维数。 活动子空间是一个新的不确定性量化(UQ)的文献,这个项目将与RQMC合并的方法。UQ方法在工程中变得越来越突出,用户希望有更好的方法来判断其数值方法的准确性。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识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(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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