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[국내논문] 입자군집최적화 알고리듬을 이용한 효율적인 TOPMODEL의 불확실도 분석
Efficient Uncertainty Analysis of TOPMODEL Using Particle Swarm Optimization 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.47 no.3, 2014년, pp.285 - 295  

조희대 (미 듀베리사 수자원부) ,  김동균 (홍익대학교 공과대학 토목공학과) ,  이강희 (홍익대학교 공과대학 토목공학과)

초록
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멀티모달 최적화 알고리듬의 일종인 ISPSO와 불확실도 분석기법인 GLUE를 결합한 ISPSO-GLUE 기법을 TOPMODEL의 불확실도 분석에 적용하였으며, 그 결과를 GLUE 기법과 비교하였다. 두 기법 모두 같은 횟수만큼 모형을 실행하였을 때 ISPSO-GLUE 기법의 누적성능이 더 좋아지는 시점을 발견할 수 있었으며, 그 이후로도 ISPSO-GLUE 기법은 GLUE 기법과는 달리 점진적인 성능의 향상을 보여 주었다. 두 기법이 비슷한 모양과 양상의 95% 불확실도 구간을 생성하였다. 하지만 ISPSO-GLUE 기법이 약5.4배 더 많은 관측치를 포함하는 것으로 나타났으며 GLUE 기법에 비해 훨씬 적은횟수의 모형실행으로도 좋은 성능의 불확실도 구간을 얻을 수 있는 것으로 나타났다. ISPSO-GLUE 기법과 비교했을 때GLUE 기법이 최대 첨두유량의 감쇠곡선 부분에서 불확실도를 과대평가하였다. 이 시간대에 대해서는 GLUE의 경우 불확실도 를 줄이기 위해 더 많은 행동모형들을 찾을 필요가 있다. ISPSO-GLUE 기법이 정량적인 성능평가에서 훨씬 많은 관측치를 포함할 수 있었다는 것은 이 기법의 가능성을 잘 보여 주었다고 할 수 있으며, 특히 계산적으로 값비싼 수문모형에서는 보다 큰 성능의 차이를 보일 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We applied the ISPSO-GLUE method, which integrates the Isolated-Speciation-based Particle Swarm Optimization (ISPSO) with the Generalized Likelihood Uncertainty Estimation (GLUE) method, to the uncertainty analysis of the Topography Model (TOPMODEL) and compared its performance with that of the GLUE...

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  • 매개변수의 선행분포는 값의 범위 내에서 균등분포로가정하였으며 우도는 Nash-Sutcliffe 계수(Eq. (2); Nash and Sutcliffe, 1970)를 이용해서 Eq.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GLUE 기법이란? GLUE 기법은 몬테카를로 기법을 이용해 매개변수공간에서 무작위로 매개변수표본을 추출한다. 이렇게 추출한 매개변수표본들로 모형을 반복적으로 실행한 다음 미리 정의해 놓은 우도를 이용해 각 모형의 성능을 평가해서 행동모형(behavioral model)과 비행동모형(non-behavioral model)으로 분류한다.
ISPSO는 무엇에 도움을 주는가? ISPSO-GLUE 기법은 전역해 뿐만 아니라 지역해까지 찾을 수 있는 멀티모달 최적화 알고리듬의 일종인 ISPSO 를 이용해서 표본을 추출한다. ISPSO는 추가적으로 결정론적인 표본추출법을 이용해서 기존의 입자군집최적화 (Particle Swarm Optimization)가 선호하지 않았던 검색 공간까지 표본을 추출해서 불확실도 분석에 기여하는 표본을 다양화하는데 도움을 준다. 이로 인해 지역해에 근접한 행동모형을 보다 쉽게 찾을 수 있으며 비선호 검색 공간에서의 행동모형 발견도 가능하게 된다.
Draper and Box (1987)가 말한 “모든 모형은 틀렸다”의 말에 담긴 함의는? Draper and Box (1987)는 “모든 모형은 틀렸다”고 말했다. 이는 모형을 통해서 시스템을 모의하고자 할 때 모형이 얼마나 틀릴 수 있는지를 잘 고찰해야 한다는 뜻이다. 결정론적인 모델링 기법은 모의된 결과에 불확실도를 전혀 부여하지 않기 때문에 모형이 얼마나 틀릴 수 있는지 파악하기가 어렵다.
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