Probabilistic Richardson extrapolation
Publiceringsår
2025
Upphovspersoner
Oates, Chris J.; Karvonen, Toni Samuli; Teckentrup, Aretha L.; Strocchi, Marina; Niederer, Steven
Abstrakt
For over a century, extrapolation methods have provided a powerful tool to improve the convergence order of a numerical method. However, these tools are not well-suited to modern computer codes, where multiple continua are discretized and convergence orders are not easily analysed. To address this challenge, we present a probabilistic perspective on Richardson extrapolation, a point of view that unifies classical extrapolation methods with modern multi-fidelity modelling, and handles uncertain convergence orders by allowing these to be statistically estimated. The approach is developed using Gaussian processes, leading to Gauss–Richardson Extrapolation. Conditions are established under which extrapolation using the conditional mean achieves a polynomial (or even an exponential) speed-up compared to the original numerical method. Further, the probabilistic formulation unlocks the possibility of experimental design, casting the selection of fidelities as a continuous optimization problem, which can then be (approximately) solved. A case study involving a computational cardiac model demonstrates that practical gains in accuracy can be achieved using the GRE method.
Visa merOrganisationer och upphovspersoner
Helsingfors universitet
Karvonen Toni Samuli
Publikationstyp
Publikationsform
Artikel
Moderpublikationens typ
Tidning
Artikelstyp
En originalartikel
Målgrupp
VetenskapligKollegialt utvärderad
Kollegialt utvärderadUKM:s publikationstyp
A1 Originalartikel i en vetenskaplig tidskriftPublikationskanalens uppgifter
Moderpublikationens namn
Journal of the Royal Statistical Society. Series B, Statistical Methodology
Volym
87
Nummer
2
Artikelnummer
qkae098
Sidor
457-479
ISSN
Publikationsforum
Publikationsforumsnivå
3
Öppen tillgång
Öppen tillgänglighet i förläggarens tjänst
Ja
Öppen tillgång till publikationskanalen
Delvis öppen publikationskanal
Licens för förläggarens version
CC BY
Parallellsparad
Ja
Parallellagringens licens
CC BY
Övriga uppgifter
Vetenskapsområden
Matematik; Statistik
Publiceringsland
Förenade kungariket
Förlagets internationalitet
Internationell
Språk
engelska
Internationell sampublikation
Ja
Sampublikation med ett företag
Nej
DOI
10.1093/jrsssb/qkae098
Publikationen ingår i undervisnings- och kulturministeriets datainsamling
Ja