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Multi-fidelity Gaussian process surrogate modeling for regression problems in physics

Ravi, Kislaya und Fediukov, Vladyslav und Dietrich, Felix und Neckel, Tobias und Buse, Fabian und Bergmann, Michael und Bungartz, Hans-Joachim (2024) Multi-fidelity Gaussian process surrogate modeling for regression problems in physics. Machine Learning: Science and Technology, 5 (4). Institute of Physics Publishing. doi: 10.1088/2632-2153/ad7ad5. ISSN 2632-2153.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2632-2153/ad7ad5

Kurzfassung

One of the main challenges in surrogate modeling is the limited availability of data due to resource constraints associated with computationally expensive simulations. Multi-fidelity methods provide a solution by chaining models in a hierarchy with increasing fidelity, associated with lower error, but increasing cost. In this paper, we compare different multi-fidelity methods employed in constructing Gaussian process surrogates for regression. Non-linear autoregressive methods in the existing literature are primarily confined to two-fidelity models, and we extend these methods to handle more than two levels of fidelity. Additionally, we propose enhancements for an existing method incorporating delay terms by introducing a structured kernel. We demonstrate the performance of these methods across various academic and real-world scenarios. Our findings reveal that multi-fidelity methods generally have a smaller prediction error for the same computational cost as compared to the single-fidelity method, although their effectiveness varies across different scenarios.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/207688/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Multi-fidelity Gaussian process surrogate modeling for regression problems in physics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ravi, KislayaSchool of Computation, Information and Technology, Technische Universität MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fediukov, Vladyslavvladyslav.fediukov (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0009-9257-3909171937088
Dietrich, FelixSchool of Computation, Information and Technology, Technische Universität MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Neckel, TobiasSchool of Computation, Information and Technology, Technische Universität MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Buse, FabianFabian.Buse (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2279-5735NICHT SPEZIFIZIERT
Bergmann, MichaelMax-Planck-Institut für PlasmaphysikNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bungartz, Hans-JoachimSchool of Computation, Information and Technology, Technische Universität MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 Oktober 2024
Erschienen in:Machine Learning: Science and Technology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:5
DOI:10.1088/2632-2153/ad7ad5
Verlag:Institute of Physics Publishing
ISSN:2632-2153
Status:veröffentlicht
Stichwörter:multi-fidelity, machine learning, Gaussian processes, physical simulations
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Terramechanik
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik
Hinterlegt von: Fediukov, Vladyslav
Hinterlegt am:18 Nov 2024 09:26
Letzte Änderung:18 Nov 2024 09:26

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