Global Sensitivity Analysis of Quantiles: New Importance Measure Based on Superquantiles and Subquantiles
Loading...
Date
2021-02-04
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI
Altmetrics
Abstract
The article introduces quantile deviation l as a new sensitivity measure based on the difference between superquantile and subquantile. New global sensitivity indices based on the square of l are presented. The proposed sensitivity indices are compared with quantile-oriented sensitivity indices subordinated to contrasts and classical Sobol sensitivity indices. The comparison is performed in a case study using a non-linear mathematical function, the output of which represents the elastic resistance of a slender steel member under compression. The steel member has random imperfections that reduce its load-carrying capacity. The member length is a deterministic parameter that significantly changes the sensitivity of the output resistance to the random effects of input imperfections. The comparison of the results of three types of global sensitivity analyses shows the rationality of the new quantile-oriented sensitivity indices, which have good properties similar to classical Sobol indices. Sensitivity indices subordinated to contrasts are the least comprehensible because they exhibit the strongest interaction effects between inputs. However, using total indices, all three types of sensitivity analyses lead to approximately the same conclusions. The similarity of the results of two quantile-oriented and Sobol sensitivity analysis confirms that Sobol sensitivity analysis is empathetic to the structural reliability and that the variance is one of the important characteristics significantly influencing the low quantile of resistance.
Článek představuje kvantilní odchylku l jako nové měřítko citlivosti na základě rozdílu mezi superkvantilním a subkvantilním. Jsou představeny nové globální indexy citlivosti založené na čtverci l. Navrhované indexy citlivosti jsou porovnány s kvantilně orientovanými indexy citlivosti podřízenými kontrastům a klasickými Sobolovými indexy citlivosti. Porovnání je provedeno v případové studii s využitím nelineární matematické funkce, jejíž výstup představuje pružný odpor štíhlého ocelového prvku pod osovým tlakem. Ocelový prvek má náhodné imperfekce, které snižují jeho únosnost. Délka prutu je deterministický parametr, který výrazně mění citlivost výstupního odporu na náhodné efekty vstupních imperfekcí. Srovnání výsledků tří typů globálních citlivostních analýz ukazuje racionalitu nových kvantilově orientovaných citlivostních indexů, které mají dobré vlastnosti podobné klasickým Sobolovým indexům. Citlivostní indexy podřízené kontrastům jsou nejméně srozumitelné, protože vykazují nejsilnější interakční efekty mezi vstupy. Při použití celkových indexů však všechny tři typy analýz citlivosti vedou k přibližně stejným závěrům. Podobnost výsledků dvou kvantilně orientovaných a Sobolových citlivostních analýz potvrzuje, že Sobolova citlivostní analýza je empatická ke konstrukční spolehlivosti a že rozptyl je jednou z důležitých charakteristik významně ovlivňujících nízký kvantil odolnosti.
Článek představuje kvantilní odchylku l jako nové měřítko citlivosti na základě rozdílu mezi superkvantilním a subkvantilním. Jsou představeny nové globální indexy citlivosti založené na čtverci l. Navrhované indexy citlivosti jsou porovnány s kvantilně orientovanými indexy citlivosti podřízenými kontrastům a klasickými Sobolovými indexy citlivosti. Porovnání je provedeno v případové studii s využitím nelineární matematické funkce, jejíž výstup představuje pružný odpor štíhlého ocelového prvku pod osovým tlakem. Ocelový prvek má náhodné imperfekce, které snižují jeho únosnost. Délka prutu je deterministický parametr, který výrazně mění citlivost výstupního odporu na náhodné efekty vstupních imperfekcí. Srovnání výsledků tří typů globálních citlivostních analýz ukazuje racionalitu nových kvantilově orientovaných citlivostních indexů, které mají dobré vlastnosti podobné klasickým Sobolovým indexům. Citlivostní indexy podřízené kontrastům jsou nejméně srozumitelné, protože vykazují nejsilnější interakční efekty mezi vstupy. Při použití celkových indexů však všechny tři typy analýz citlivosti vedou k přibližně stejným závěrům. Podobnost výsledků dvou kvantilně orientovaných a Sobolových citlivostních analýz potvrzuje, že Sobolova citlivostní analýza je empatická ke konstrukční spolehlivosti a že rozptyl je jednou z důležitých charakteristik významně ovlivňujících nízký kvantil odolnosti.
Description
Citation
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en