Un robusto metodología de aprendizaje para modelos científicos de aprendizaje automático conscientes de la incertidumbre
Autores: Costa, Erbet Almeida; Rebello, Carine de Menezes; Fontana, Márcio; Schnitman, Leizer; Nogueira, Idelfonso Bessa dos Reis
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Un robusto metodología de aprendizaje para modelos científicos de aprendizaje automático conscientes de la incertidumbre
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Aprendizaje robusto
Aprendizaje automático científico
Evaluación de incertidumbres
Fuentes de incertidumbres
Sensor virtual
Inferencia bayesiana
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
El aprendizaje robusto es un tema importante en Aprendizaje Científico de Máquinas (SciML). Hay varios trabajos en la literatura que abordan este tema. Sin embargo, hay una demanda creciente de métodos que puedan considerar simultáneamente todos los diferentes componentes de incertidumbre involucrados en la identificación de modelos de SciML. Por lo tanto, este trabajo propone una metodología integral para la evaluación de incertidumbres en el SciML que también considera varias posibles fuentes de incertidumbres involucradas en el proceso de identificación. Las incertidumbres consideradas en el método propuesto son la ausencia de una teoría, modelos causales, sensibilidad a la corrupción o imperfección de datos, y esfuerzo computacional. Por lo tanto, es posible proporcionar una estrategia general para modelos conscientes de la incertidumbre en el campo del SciML. La metodología se valida a través de un estudio de caso desarrollando un sensor suave para un reactor de polimerización. El primer paso es construir la distribución de probabilidad (PDF) de los parámetros del modelo no lineal mediante inferencia Bayesiana. El segundo paso es obtener la incertidumbre del modelo de aprendizaje de máquinas mediante simulaciones de Monte Carlo. En el primer paso, se construye una PDF con 30,000 muestras. En el segundo paso, la incertidumbre del modelo de aprendizaje de máquinas se evalúa muestreando 10,000 valores a través de la simulación de Monte Carlo. Los resultados demuestran que los sensores suaves identificados son robustos a las incertidumbres, corroborando la consistencia del enfoque propuesto.
Descripción
El aprendizaje robusto es un tema importante en Aprendizaje Científico de Máquinas (SciML). Hay varios trabajos en la literatura que abordan este tema. Sin embargo, hay una demanda creciente de métodos que puedan considerar simultáneamente todos los diferentes componentes de incertidumbre involucrados en la identificación de modelos de SciML. Por lo tanto, este trabajo propone una metodología integral para la evaluación de incertidumbres en el SciML que también considera varias posibles fuentes de incertidumbres involucradas en el proceso de identificación. Las incertidumbres consideradas en el método propuesto son la ausencia de una teoría, modelos causales, sensibilidad a la corrupción o imperfección de datos, y esfuerzo computacional. Por lo tanto, es posible proporcionar una estrategia general para modelos conscientes de la incertidumbre en el campo del SciML. La metodología se valida a través de un estudio de caso desarrollando un sensor suave para un reactor de polimerización. El primer paso es construir la distribución de probabilidad (PDF) de los parámetros del modelo no lineal mediante inferencia Bayesiana. El segundo paso es obtener la incertidumbre del modelo de aprendizaje de máquinas mediante simulaciones de Monte Carlo. En el primer paso, se construye una PDF con 30,000 muestras. En el segundo paso, la incertidumbre del modelo de aprendizaje de máquinas se evalúa muestreando 10,000 valores a través de la simulación de Monte Carlo. Los resultados demuestran que los sensores suaves identificados son robustos a las incertidumbres, corroborando la consistencia del enfoque propuesto.