基于代理模型的昂贵计算模型贝叶斯比较：在微生物诱导方解石沉淀中的应用
应用统计
2020-11-26 v1
摘要
受微生物活动影响的地下储层中的地球化学过程改变了多孔介质的材料性质。这是地下储层中一个复杂的生物地球化学过程，目前含有很强的概念不确定性。这意味着，描述该生物地球化学过程的若干建模思路均合理，建模者面临选择最适当模型的不确定性。一旦获得观测数据，可采用严格的贝叶斯模型选择并辅以贝叶斯可证性分析来挑选最适当的模型，即在可用数据下最能描述潜在物理过程的模型。然而，生物地球化学建模计算需求极高，因其概念化了多孔介质中的不同相、生物量动态、地球化学、沉淀与溶解。因此，贝叶斯框架无法直接基于完整计算模型，否则将需要过多昂贵的模型求值。为规避此问题，我们建议在为竞争生物地球化学模型构建代理模型后，再进行贝叶斯模型选择与可证性分析。此处我们使用任意多项式混沌展开。我们通过为所得模型权重引入新颖校正因子，在贝叶斯分析中计入近似误差。由此，我们扩展了贝叶斯可证性分析并评估昂贵计算模型的模型相似性。我们在一个多孔介质中微生物诱导方解石沉淀的代表性情景上演示了该方法。我们对可证性分析的扩展为比较计算 demanding 模型提供了合适途径，并揭示了可靠模型性能所需的数据量见解。
引用
@article{arxiv.2011.12756,
title = {Surrogate-based Bayesian Comparison of Computationally Expensive Models: Application to Microbially Induced Calcite Precipitation},
author = {Stefania Scheurer and Aline Schäfer Rodrigues Silva and Farid Mohammadi and Johannes Hommel and Sergey Oladyshkin and Bernd Flemisch and Wolfgang Nowak},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.12756},
year = {2020}
}