径向基函数

径向基函数 (RBF) 替代模型通过每个采样点来插补数据。当样本数据点足够时,RBF 可以准确地表示复杂数据。

考虑一个包含 个输入参数的设计研究,该研究为 设计运行。 n m 该设计研究提供 个采样点作为替代模型拟合计算的输入内容。 m

y 表示采样响应值的矢量,涉及 个参数。 n

1. EQUATION_DISPLAY
y=[yj]=[y1,,ym]t,j[1,m]
(5164)

X 表示输入参数矩阵

2. EQUATION_DISPLAY
X=[xi,j]=(x1,1x2,1xn,1x1,2x2,2xn,2x1,mx2,mxn,m),i[1,n]j[1,m]
(5165)
替代计算指示替代函数的确定,该函数会在整个设计空间中为输入参数 输出响应值。 x RBF 替代函数 由低次多项式和添加到多项式的数据混合项构成: f(x)
3. EQUATION_DISPLAY
y(x)=p(x)+i=1mαiϕ(ri(x))
(5166)

其中

  • p(x) 为低次多项式,自动设为常数或设为线性。
  • ri(x)=i=1m(xxi)2 为欧几里德距离,也称为 范数,在 和每个数据点 之间。 L2 x xi
  • ϕ 为由拟合函数指定的径向基函数。
  • αi 为第 个数据点的径向基函数系数。 ith 在替代函数计算过程中,将确定每个数据点的系数。

拟合函数

以下拟合函数(相关性函数)在Design Manager中可用,其中 为形状因子(也称为相关性参数)。 θ RBF 有一个一般形状因子应用于所有采样点:
  • 高斯基函数
    4. EQUATION_DISPLAY
    ϕ(ri,θ)=exp[θri2]
    (5167)
  • 复二次基函数
    5. EQUATION_DISPLAY
    ϕ(ri,θ)=ri2+θ2
    (5168)
  • 逆复二次基函数
    6. EQUATION_DISPLAY
    ϕ(ri,θ)=1ri2+θ2
    (5169)
  • 线性基函数
    7. EQUATION_DISPLAY
    ϕ(ri)=ri
    (5170)
  • 三次基函数
    8. EQUATION_DISPLAY
    ϕ(ri)=ri3
    (5171)
  • 薄板样条基函数
    9. EQUATION_DISPLAY
    ϕ(ri)=ri2ln(ri)
    (5172)

多项式次数

Design Manager中,Eqn. (5166) 中多项式项的次数是根据选定的拟合函数自动设置的:

  • 高斯基函数:无多项式项
  • 复二次基函数:常数
  • 逆复二次基函数:无多项式项
  • 线性基函数:常数
  • 三次基函数:线性
  • 薄板样条基函数:线性

形状因子和调整

在拟合函数中,形状因子控制每个采样点对替代模型逼近的影响程度。形状因子较小时可增强采样点的影响,而值较大时会减弱影响。

高斯基函数、复二次基函数和逆复二次基函数都需要形状函数值。您必须通过手动实验确定合适的拟合结果,由此可以查看绘图并比较交叉验证值。与克里金方法相比,这些需要调整的 RBF 因子是一个缺点,因为这种调整过程没有目标导向。