数学 > 数值分析
[提交于 2024年12月10日
(v1)
,最后修订 2025年6月16日 (此版本, v4)]
标题: 多层随机拟蒙特卡罗估计器用于嵌套积分
标题: Multilevel randomized quasi-Monte Carlo estimator for nested integration
摘要: 嵌套积分问题出现在各种科学和工程应用中,包括贝叶斯实验设计、金融风险评估和不确定性量化。 这些嵌套积分的形式为 $\int f\left(\int g(\bs{y},\bs{x})\di{}\bs{x}\right)\di{}\bs{y}$,对于非线性 $f$,这使得它们在计算上具有挑战性,尤其是在高维情况下。 尽管传统蒙特卡罗(MC)方法广泛用于单个积分,但在处理嵌套积分的复杂性时效率可能较低。 本文介绍了一种新的多级估计器,结合确定性和随机化拟蒙特卡罗(rQMC)方法,以高效解决嵌套积分问题。 在此背景下,内层样本数量和内层被积函数评估的离散精度构成了级别。 我们对该估计器提供了全面的理论分析,推导出误差界限,显示出与标准方法相比显著减少的偏差和方差。 该提出的估计器在被积函数近似评估的情况下特别有效,因为它可以适应不同分辨率水平而不影响精度。 我们通过数值实验验证了该方法的性能,重点是估计实验的信息增益期望。 当应用于实验中的高斯噪声时,截断方案确保在相同的计算复杂度下(至多乘法对数项),误差界有限,与有界噪声情况一致。 结果表明,所提出的多级rQMC估计器优于现有的MC和rQMC方法,在提供显著降低计算成本的同时,也为处理各种领域中复杂的嵌套积分问题提供了强大的工具。
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