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Enregistrement W4322010125 · doi:10.5194/egusphere-egu23-8679

Is Hamiltonian Monte Carlo (HMC) really worth it? An alternative exploration of hyper-parameter tuning in a time-lapse seismic scenario

2023· preprint· en· W4322010125 sur OpenAlexaff
Alison Malcolm, Maria Kotsi, Gregory Ely, J. Virieux

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueSeismic Imaging and Inversion Techniques
Établissements canadiensMemorial University of Newfoundland
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésMarkov chain Monte CarloMonte Carlo methodHybrid Monte CarloUncertainty quantificationComputer scienceSolverAlgorithmMathematical optimizationComputationBayesian probabilityImportance samplingApplied mathematicsMathematicsStatisticsArtificial intelligenceMachine learning

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Determining if uncertainty quantification is worth it or not is closely related to how that uncertainty is computed and the associated computational cost. For seismic imaging, it is typically done using Markov chain Monte Carlo algorithms (McMC). Solving an inverse problem using McMC means exploring and characterizing the ensemble of all plausible models through more or less point-wise random walk in the data misfit landscape. This is typically done using Bayes’ theorem via the computation of a posterior probability density function. Even though this can sound naively simple, it can come with a significant computational burden given the dimension of the problem to be solved and the expense of the forward solver. This is because as the number of dimensions grow, there are exponentially more possible guesses the algorithm can make, while only a few of these models will be accepted as plausible. More advanced uncertainty quantification methods such as Hamiltonian Monte Carlo (HMC) could be beneficial because they can handle higher dimensions because efficient sampling of the model space through pseudo-mechanical trajectories in the data misfit landscape is expected. In order for an HMC algorithm to efficiently sample the model space of interest and provide meaningful uncertainty estimates, three hyper-parameters need to be tuned for trajectory design: the Leapfrog steps L, the Leapfrog stepsize ε, and the Mass Matrix M. There has been already work showing how one can choose L and ε; however designing the appropriate M is far more challenging. We consider a time-lapse seismic scenario and use a local acoustic solver for fast forward solutions. We then use Singular value decomposition, in the vicinity of the true model, to transform our time-lapse optimal model to a system of normal coordinates and use only a few of the eigenvalues and eigenvectors of the Hessian as oscillators. By doing so, we can efficiently understand the impact of the initial conditions and the choice of M and gain insight on how to design M in the standard system. This gives us an intuitive way to understand the mass matrix, allowing us to determine whether gains from the HMC algorithm are worth the cost of determining the parameters.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,012
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,006
Score d'incertitude au seuil0,021

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,012
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,003
Communication savante0,0020,004
Science ouverte0,0010,002
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0060,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,067
Tête enseignante GPT0,275
Écart entre enseignants0,208 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2023
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