不规则区域上Poisson方程的蒙特卡洛马尔科夫链方法求解

本文研究了不规则区域上泊松方程的蒙特卡洛马尔科夫链方法数值求解。在不规则区域上,微分方程的数值计算通常是困难的。基于有限差分的思想,本文构造了可吸收马尔科夫链来求解不规则区域上的微分方程。不规则区域的数值实验结果表明了该方法的可行性和有效性。该方法为求解不规则区域上的泊松方程提供了一种新的计算思路,并保持了空间方向上二阶收敛阶。

耦合敏感性分析与两阶段马尔科夫链蒙特卡洛算法的地下水污染溯源辨识

为高精度地开展地下水污染溯源辨识,在对污染源参数进行敏感性分析的基础上,研究应用两阶段马尔科夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)算法辨识确定污染源参数;同时,探索应用多层感知机(Multi-layer Perceptron,MLP)方法构建地下水污染运移数值模型的代理模型,用以提高地下水污染溯源辨识的效率。为验证上述方法的有效性和可行性,开展了两个数值算例研究。结果表明:采用MLP方法构建的代理模型对地下水污染运移数值模型的逼近精度高,不仅能够有效提升地下水污染溯源辨识效率,还能保持良好的计算精度;所提出的耦合敏感性分析与两阶段MCMC算法能够显著提升低敏感性污染源参数的辨识精度。

基于马尔科夫链蒙特卡洛方法的光伏电站可靠性评估

为了对大型光伏电站进行可靠性评估,首先建立了光伏电站各主要元件的可靠性评估模型,然后定义了光伏电站可靠性评价指标体系,最后采用马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法对光伏电站可靠性进行了评估。在光伏阵列建模过程中,以误差作为限制条件采用向后场景削减技术对其状态进行了削减和划分,在保证一定精度的同时简化了抽样过程。通过对某大型光伏电站可靠性评估算例,对比分析了MCMC方法和蒙特卡洛(MC)法的指标计算结果、收敛速度和稳定性,结果验证了该方法的评估结果与MC方法结果一致,在相同的收敛条件下所需抽样次数更少,速度更快。

近似贝叶斯计算结合马尔科夫链蒙特卡洛的概率潮流计算

风电等分布式电源的强随机性直接增强配电网的不确定性,提出一种近似贝叶斯计算结合马尔科夫链蒙特卡洛的方法求解概率潮流。根据近似贝叶斯计算考虑状态变量先验信息的概率思想,结合马尔科夫链蒙特卡洛得到计及随机性的状态变量模拟样本。再采用奇异值分解生成随机变量的观测样本,通过误差函数将系统的随机性刻画为模拟样本和观测样本的相似性。引入提议分布结合概率潮流模型实现统计特征值的计算和对比,再利用Jacobi行列式作为误差修正量更新样本值,使之最大程度接近真实后验分布。在IEEE 9、IEEE 33节点系统中的仿真结果表明,改进的近似贝叶斯计算较传统近似贝叶斯计算拟合精度更高,能有效降低状态变量后验概率求解难度,可用于高渗透率风电并网下系统分析与评估。

基于马尔科夫链-蒙特卡洛法的债务抵押债券定价模拟

文章旨在通过马尔科夫链-蒙特卡洛法(MCMC)对债务抵押债券CDO进行定价模拟。以寻求CDO产品预期回收率与其预期违约率间的关系,并研究两者对债务抵押债券定价模拟的影响。研究发现,在CDO投资中,资产池中的个别资产违约,将会将违约信号和相应的信用损失传递给各个相关投资者。所以,理性控制CDO标的资产的违约风险,降低其违约概率是提升CDO资产定价的重要举措。

采用改进马尔科夫链蒙特卡洛法的风电功率序列建模

建立能更好复现历史数据特征的风电功率序列模型,对计及高渗透率风能接入影响的电网规划和运行具有重要意义。该文首先通过研究面向随机变量(风电功率)建模的滑动平均滤波参数寻优方法和构建状态数优化决策模型,提出风电功率序列的自适应状态划分策略,客观划分历史数据。然后针对现有方法难以计及状态转移概率随状态持续时间增长而变化的问题,提出三维状态转移概率矩阵及其解维修正方法,抽样生成人造风电功率状态序列,进而在分析历史数据波动量及噪声概率分布的基础上,完善现有的波动特征叠加方法,模拟人造风电功率序列。与现有马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)法进行对比分析表明,该方法能更好地复现历史数据特征(转移、波动特征等),在提高建模精度的同时,并未增加状态转移概率矩阵生成算法的时间复杂度。

基于马尔科夫键蒙特卡洛抽样的最大似然时差-频差联合估计算法

该文针对无源定位中参考信号真实值未知的时差-频差联合估计问题,构建了一种新的时差-频差最大似然估计模型,并采用马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法求解似然函数的全局极大值,得到时差-频差联合估计。算法通过生成时差-频差样本,并统计样本均值得到估计值,克服了传统互模糊函数(CAF)算法只能得到时域和频域采样间隔整数倍估计值的问题,且不存在期望最大化(EM)等迭代算法的初值依赖和收敛问题。推导了时差-频差联合估计的克拉美罗界,并通过仿真实验表明,算法在不同信噪比条件下的估计精度优于CAF算法和EM算法,且计算复杂度较低。

基于马尔科夫链蒙特卡洛的台区可靠性评估方法

随着居民生活水平的不断提高,用于居民用电服务的台区供电强度不断提高。为了实现对运行中台区的可靠性进行实时监控与评估,提出基于马尔科夫链蒙特卡洛方法的台区可靠性评估理论,该方法实现海量待处理信息下高维数据的降阶与解耦,在兼顾经济性的同时又能及时发现潜在的存在安全风险的台区并及时地安排运维人员处理,历经一年多的现场运维检验,结果证明了所提出方法的有效性与科学性。

朴素贝叶斯模型及马尔科夫链蒙特卡洛方法在客服中心监控预警系统中的应用

通过对客服中心业务系统监控预警的需求分析,提出一种信息系统运行风险的预警算法,并通过信息系统运行的历史大数据学 习训练逐步调整算法参数,成功对关键业务系统运行风险提出预警。

船舶引航过程风险马尔科夫链模型动态仿真

为定量研究特定水域船舶引航过程风险演化规律,有效进行船舶进出港安全预控,本文通过对港区水域船舶引航作业工作流程分析,确立不同船舶引航作业任务的风险程度,提出船舶引航状态处于港内外锚地、航道和泊位前沿等水域之间的转移方程。计算结果表明:船舶引航状态的转移符合马氏稳态特性,经潮汐型波动后走向稳定;船舶航行状态转移的过程变量对港区水域总体船舶秩序影响明显。基于马尔科夫链蒙特卡洛方法的过程风险仿真模型适用于海上交通风险的模拟分析,可为船舶安全管理提供风险演化的基本规律。

冷链温度在线计量的不确定度动态评定

温度测量过程具有时变性、随机性以及自相关性的特点,传统的不确定度评定方法并不适用。针对冷链温度在线计量的不确定度动态评定这一难点,提出一种结合马尔科夫链蒙特卡洛的数据融合贝叶斯估计方法。按历史数据设定先验分布,对当前样本数据应用最大似然估计方法获得似然函数,以先验分布和似然函数的联合概率密度函数为状态转移函数构造马氏链,并使用Metropolis-Hastings算法进行抽样,以抽样后的结果作为该次评定结果及下次评定的先验信息,实现信息的继承与更新。分别使用GUM法、传统贝叶斯不确定度评定方法和所提方法对冷库工况下温度测量数据进行评价。结果表明所提方法较传统贝叶斯方法改善了41.67%,且精准度更高、稳定性更好,有助于提高测量结果价值和实现动态不确定度评定。

基于贝叶斯推断的地下水流模型非高斯源项场的识别

地下水模型中非均匀介质的复杂性及观测数据的稀缺性使模型存在不确定性。为了更好地预测模型的输出,需要我们基于有限的观测数据来估计模型中的未知参数,降低不确定性。贝叶斯方法是刻画不完全数据、模型偏差和测量误差带来的不确定性的有效方式,它可以根据现有数据确定参数向量的后验分布。在实际应用中,其主要挑战在于从后验分布中抽样。传统抽样方法随未知参数维数的增加而出现退化现象。本文主要利用最大期望变量选择(EMVS)方法来识别稀疏离散余弦变换(DCT)系数,并对后验分布中的超参数进行自适应更新,以提高问题的求解效率;特别地,利用逆Hessian矩阵来加速朗之万动力学蒙特卡洛马尔科夫链(MCMC)的收敛速度,使用敏感性矩阵构造的简化模型来有效地计算梯度和Hessian矩阵,高效地解决高维不确定性分析和反演问题。基于地下水源项识别高维反演数值实验,验证了反演方法能够得到可靠的参数估计,为提高地下水模拟在实际应用中的可靠性和计算效率提供了新的思路,对后续的地下水资源管理决策制定具有重要意义。

结合贝叶斯-MCMC更新的RC梁抗剪承载力概率模型的可靠度分析

为分析钢筋混凝土(RC)梁抗剪承载力,首先,基于国内外100组RC梁抗剪承载力试验数据作为先验信息,结合我国GB 50010-2010规范的抗剪承载力,综合考虑混凝土与箍筋的材料强度、截面尺寸、剪跨比、配箍率等因素的影响,通过贝叶斯-马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法对我国规范模型进行更新与修正;随后,结合Monte Carlo模拟,对所建立的RC梁概率抗剪承载力模型进行可靠度分析,验证了该模型具有较好的计算精度与可靠性。结果表明:概率模型均值与试验值比值K的均值与标准差分别为1.013与0.171,试验值落在概率模型的95%置信区间范围内,且可靠指标分布在4.0左右,说明建立的概率模型具有较好的预测效果与可靠性。

基于爬坡方向状态划分的MCMC风电功率序列建模方法

由于电网弃风或者灵活性资源不足往往发生在风电大量发电时,故提高风电时间序列模型对大出力状态的建模-抽样精度,有助于后续的电网灵活性资源相关研究。在传统马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)法和持续与波动蒙特卡罗(PV-MC)法基础上,提出一种考虑爬坡方向状态划分的改进方法,以更准确地描述风电出力连续爬坡至大出力状态的过程。该方法以累积分布概率而不是以功率大小均匀划分状态区间,使各个状态区间的样本分布更均匀,提高了风电时间序列模型对大出力状态的建模-抽样精度。通过算例比较所提方法、MCMC法及PV-MC法生成风电功率序列与历史数据的分布特性和统计特性指标,结果表明,所提方法的拟合度较好,且能够有效解决MCMC法和PV-MC法高出力、样本偏少的问题。

多孔介质中多环芳烃与细菌共运移数值模拟

地下水中微生物等胶体对多环芳烃的运移具有促进作用,为进行多环芳烃污染的精准、高效修复,需要建立准确、可靠的多环芳烃与细菌胶体共运移数值模拟模型。研究基于室内砂柱荧蒽运移系列实验,采用Hydrus中Colloid-Facilitated Solute Transport(C-Ride)模块构建荧蒽与细菌FA1共运移数值模型,并采用马尔科夫链蒙特卡洛方法(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)进行模型参数不确定性分析,定量刻画荧蒽在水动力和微生物胶体作用下的运移过程。结果表明:基于Hydrus C-Ride模块和MCMC参数不确定性分析,能够准确地刻画荧蒽和细菌FA1的共运移过程;细菌FA1促进了荧蒽在多孔介质中的迁移速度,且导致荧蒽在多孔介质中运移回收率的增加,即由55.06%提升至76.16%,其中吸附至可移动胶体迁移和随水流迁移贡献的回收率分别为41.46%、34.69%。研究成果对于指导地下水污染微生物修复方案的优化设计具有重要的理论和现实意义。

基于决策分析的社交网络链路预测方法

社交网络是社会媒体信息传播的骨架,对其进行链路预测的研究将有助于社会媒体平台上的信息管理和舆论控制.在既有网络链路预测方法研究的基础上,以决策分析的思想为出发点,提出了引入效用函数分析的社交网络链路预测方法;针对效用函数中参数的估计问题,进一步提出了允许一定误差度的马尔科夫链蒙特卡洛参数校准方法,并对方法的正确性进行理论上的论证.在收集到的5个腾讯QQ群的数据集上,进行了新方法的验证研究,并与既有的链路预测方法在准确性方面进行了比较分析.研究表明:本文提出的预测方法考虑了链路形成的微观行为基础,具有较好的预测准确性,并且参数估计算法中"允许误差"的引入有助于模型应用者在模型效率和准确性方面的折衷中做出合理的决策.

基于拉丁超立方抽样的改进型多链DRAM算法求解地下水污染反问题

针对运用贝叶斯统计方法求解地下水污染反问题时,经典MCMC算法(Metropolis算法)求解结果受样本初始点影响且计算效率低的问题,提出了一种基于拉丁超立方抽样方法的改进型多链延迟拒绝自适应Metropolis算法(DRAM)。将贝叶斯统计方法与二维水质对流-扩散方程相耦合,建立地下水污染源识别模型。构建一个污染物在地下水含水层中瞬时排放的算例,分别运用Metropolis算法、多链Metropolis算法以及改进型多链DRAM算法对污染源信息(污染源强度、排放位置(x,y)和排放时长)进行反求。算例研究表明,Metropolis算法受样本初始点影响,容易出现反演结果局部最优或者反演结果难以收敛的问题;多链Metropolis算法虽然显著提高了反演结果的准确性,但是反演效率相对低下;改进型多链DRAM在保证反演准确性的条件下,可显著提高反演效率(相对于多链Metropolis算法提高68%),实现反演结果准确性与效率的双提高。

基于Jeffreys先验的参数相关退化可靠性评估

通过Jeffreys无信息先验分布描述了Gamma退化过程中参数的相关性,由贝叶斯模型得到各参数满条件分布,使用马尔科夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)方法得到参数后验期望估计,最后给出可靠度评价模型。工程实例表明,所得可靠性评估较独立情形更为保守,能够更早地给出产品修理建议。同时,仿真表明,可靠度要求越高,相关与独立情形寿命估计结果偏差越大,0.9999可靠度下偏差率最大可达9.26%。

氢能交互下的多区域电氢综合能源系统可靠性提升策略

针对现有研究未考虑区域供氢网间能量交互的灵活运行特征,难以有效评估并提升多区域电氢综合能源系统可靠供能水平的问题,该文提出考虑氢能交互的多区域电氢综合能源系统可靠性评估方法。首先,剖析区域间氢能交互通道与区域内供氢网灵活资源的协调配合规律,提出多区域电氢综合能源系统协同运行机制及其运行模型;其次,以系统总运行成本最小为目标,建立计及氢能交互的多区域电氢综合能源系统最优负荷削减模型,从区域间能量交互水平及其对系统可靠性水平的提升作用等角度出发,建立多区域电氢综合能源系统可靠性评估指标,并基于马尔科夫链蒙特卡洛模拟提出氢能交互下的多区域电氢综合能源系统可靠性评估方法;最后,通过仿真算例分析验证了所提方法的正确性和有效性。该策略能充分挖掘、利用区域间的氢能交互,从而有效提升多区域电氢综合能源系统供能可靠性水平。

基于探地雷达数据的地层模型快速反演技术

为提高探地雷达目标检测的准确率,文中基于探地雷达数据与主特征提取技术提出了一种地层模型快速反演方法。通过将马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法改进,降低了反演探地雷达数据的计算量,提高了反演准确率。将残差块和置换注意力模型融入至MCMC算法中,由此提升了模型的去噪能力和分类判别器生成精细图像细节的能力。经过对照试验,所提出的快速反演模型在特征提取去噪方面的平均指标分别提高了0.032和0.011,而在反演能力方面的指标则分别提高了0.019、0.014和0.003 5,证明了该模型能够快速、准确地反演出地下目标的轮廓和位置。