A Nonparametric-based Approach for the Characterization and Propagation of Epistemic Uncertainty due to Small Datasets

非参数统计 表征(材料科学) 不确定度量化 计算机科学 不确定性传播 测量不确定度 不确定度分析 数据挖掘 人工智能 数据科学 计量经济学 机器学习 数学 算法 统计 材料科学 模拟 纳米技术
作者
Zhenyu Gao,Dongwook Lim,Katherine G. Schwartz,Dimitri N. Mavris
出处
期刊:AIAA Scitech 2019 Forum 被引量:7
标识
DOI:10.2514/6.2019-1490
摘要

Quantification of uncertainty is ideally performed by the use of highly precise and consistent information, which is rarely available in many applications due to lack of knowledge and/or resources. When only small datasets are available for characterizing the underlying probability distributions of uncertainty sources, related epistemic uncertainty needs to be characterized and propagated with weaker assumptions and greater flexibility. This paper proposes a nonparametric-based approach to further facilitate the characterization and propagation of epistemic uncertainty due to the lack of sufficient data. The first part of this paper presents the use of Kernel Density Estimation (KDE) and Bootstrap to estimate probability distributions of random variables based on small datasets. Two types of density estimates are provided for uncertainty propagation: an optimal density estimate representing the best estimate of the true distribution, and a conservative density estimate representing risk and uncertainty that is inherent in small datasets. In the second part, copulas and inversion method are applied to model the dependence structure among random variables, to mitigate the overestimation or underestimation of uncertainty caused by incorrect independence assumption. The proposed method is illustrated by various illustrations and a challenging problem in aviation environmental impact analysis. © 2019 by the American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc. All rights reserved.
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