基于最大熵的民用基础设施社区级灾害响应建模
应用统计
2023-10-30 v1 数据分析、统计与概率
摘要
受自然灾害扰动，社区级基础设施网络像多体系统一样运行，其行为源于个体组件动态与群体关联和相互作用的耦合。由此可知，我们可以借鉴统计物理的方法来研究基础设施系统对自然灾害的响应。本研究旨在构建一个联合概率分布模型来描述基础设施网络灾后的状态，并提出一种针对大规模系统联合分布的高效代理模型。具体而言，我们提出了自然灾害对民用基础设施区域影响的最大熵建模。在现有知识条件下，最大熵原理给出了基础设施性能最“无偏”的联合分布模型。在一般形式下，该模型可处理多元性能状态与高阶关联。在一个典型却特殊的场景中，即二元性能状态变量且已知其均值与两两关联，该联合分布退化为统计物理中的 Ising 模型。在此背景下，我们提出使用二值化高斯模型作为最大熵模型的高效代理，以促进其在大型系统中的应用。利用所提方法，我们研究了旧金山一个大规模道路网络（含 8,694 个节点和 26,964 条链接）的地震集体行为，展示了基础设施系统非平凡的集体行为。
引用
@article{arxiv.2310.17798,
title = {Maximum entropy-based modeling of community-level hazard responses for civil infrastructures},
author = {Xiaolei Chu and Ziqi Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.17798},
year = {2023}
}