数学 > 数值分析
[提交于 2025年7月14日
]
标题: 用高效高阶Hessian近似加速地震反演和不确定性量化
标题: Accelerating seismic inversion and uncertainty quantification with efficient high-rank Hessian approximations
摘要: 高效的大秩Hessian近似可以加速地震全波形反演(FWI)和不确定性量化(UQ)。 在FWI中,Hessian逆的近似可以用作牛顿型或拟牛顿算法的预条件器,降低计算成本并提高深层地下区域的恢复效果。 在贝叶斯UQ中,Hessian近似能够构建捕捉后验方向缩放的马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)提议,提高MCMC的效率。 对于大规模问题,计算精确的Hessian是不可行的,因为Hessian只能通过矩阵-向量乘积获得,而每次矩阵-向量乘积都需要昂贵的波动方程求解。 此外,Hessian是高秩的,这意味着通常用于大规模反问题的低秩方法效率低下。 我们适应了两种现有的高秩Hessian近似方法——点扩散函数方法和伪微分算子探测方法。 基于这两种方法之间观察到的对偶性,我们开发了一种新方法,统一了它们的互补优势。 我们在一个合成二次模型和Marmousi模型上验证了这些方法。 数值实验表明,这些高秩Hessian近似显著降低了FWI中的计算成本。 在UQ中,使用无Hessian近似或低秩近似的MCMC样本缓慢探索后验分布,在数万次迭代后提供很少有意义的统计信息,并低估方差。 同时,有效样本大小被高估,提供了虚假的置信度。 相比之下,使用高秩Hessian近似的MCMC样本能够提供关于后验的有意义的统计信息,并更准确地评估后验方差。
文献和引用工具
与本文相关的代码,数据和媒体
alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)
演示
推荐器和搜索工具
arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目
arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。
与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。
有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.