Communications for Statistical Applications and Methods
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v.29
no.4
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pp.471-486
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2022
Autoregressive moving average (ARMA) models involve nonlinearity in the model coefficients because of unobserved lagged errors, which complicates the likelihood function and makes the posterior density analytically intractable. In order to overcome this problem of posterior analysis, some approximation methods have been proposed in literature. In this paper we first review the main analytic approximations proposed to approximate the posterior density of ARMA models to be analytically tractable, which include Newbold, Zellner-Reynolds, and Broemeling-Shaarawy approximations. We then use the Kullback-Leibler divergence to study the relation between these three analytic approximations and to measure the distance between their derived approximate posteriors for ARMA models. In addition, we evaluate the impact of the approximate posteriors distance in Bayesian estimates of mean and precision of the model coefficients by generating a large number of Monte Carlo simulations from the approximate posteriors. Simulation study results show that the approximate posteriors of Newbold and Zellner-Reynolds are very close to each other, and their estimates have higher precision compared to those of Broemeling-Shaarawy approximation. Same results are obtained from the application to real-world time series datasets.
Genetic variance and covariance components of the linear traits and the ordered categorical traits, that are usually observed as dichotomous or polychotomous outcomes, were simultaneously estimated in a multivariate threshold animal model with concepts of arbitrary underlying liability scales with Bayesian inference via Gibbs sampling algorithms. A multivariate threshold animal model in this study can be allowed in any combination of missing traits with assuming correlation among the traits considered. Gibbs sampling algorithms as a hierarchical Bayesian inference were used to get reliable point estimates to which marginal posterior means of parameters were assumed. Main point of this study is that the underlying values for the observations on the categorical traits sampled at previous round of iteration and the observations on the continuous traits can be considered to sample the underlying values for categorical data and continuous data with missing at current cycle (see appendix). This study also showed that the underlying variables for missing categorical data should be generated with taking into account for the correlated traits to satisfy the fully conditional posterior distributions of parameters although some of papers (Wang et al., 1997; VanTassell et al., 1998) presented that only the residual effects of missing traits were generated in same situation. In present study, Gibbs samplers for making the fully Bayesian inferences for unknown parameters of interests are played rolls with methodologies to enable the any combinations of the linear and categorical traits with missing observations. Moreover, two kinds of constraints to guarantee identifiability for the arbitrary underlying variables are shown with keeping the fully conditional posterior distributions of those parameters. Numerical example for a threshold animal model included the maternal and permanent environmental effects on a multiple ordered categorical trait as calving ease, a binary trait as non-return rate, and the other normally distributed trait, birth weight, is provided with simulation study.
Fault detection of cycle-based signals is typically performed using statistical approaches. Univariate SPC using few representative statistics and multivariate analysis methods such as PCA and PLS are the most popular methods for analyzing cycle-based signals. However, such approaches are limited when dealing with information-rich cycle-based signals. In this paper, process fault defection method based on wavelet analysis is proposed. Using Haar wavelet, coefficients that well reflect the process condition are selected. Next, Hotelling's $T^2$ chart using selected coefficients is constructed for assessment of process condition. To enhance the overall efficiency of fault detection, the following two steps are suggested, i.e. denoising method based on wavelet transform and coefficient selection methods using variance difference. For performance evaluation, various types of abnormal process conditions are simulated and the proposed algorithm is compared with other methodologies.
Objective: The present study developed an estimation method of boundary zone representative humanoids(hereafter, EBZ method) using descriptive statistics on the design target population. Background: The boundary zone method(hereafter, BZ method) generates representative humanoids at a boundary zone that statistically accommodates a designated percent of the design target population; however, the BZ method has a practical limitation because it requires a large scale anthropometric database on the design target population. Method: The EBZ method developed in the present study consisted of 3 steps. In the first step, the boundary zone of accommodating a designated percent(e.g., 90%) is formed under the assumption of normal distributions for anthropometric sizes. In the second step, cases that fall within the boundary zone are estimated using descriptive statistics(mean, standard deviation, and covariance) on the design target population. In the last step, K-mean cluster analysis is conducted for the cases, and representative humanoids are selected from each of clusters. Results: Evaluation results showed that mean accommodation percent of the EBZ method was 90.9%(range: 90.8~91.1%) which is similar to the target percent(90%). In addition, standard deviation of accommodation percent for 100 repetitions was 0.1%. Lastly, the number of representative humanoids generated by the EBZ method(n = 20) was similar to the BZ method(n = 16). Conclusion: The EBZ method can generate representative humanoids which accommodate a designated percent of the design target population using descriptive statistics. Application: The EBZ method can be utilized in the generation of humanoids for ergonomic design and evaluation of products when the large scale anthropometric database on the design target population is not existed.
Residual capacity is defined as the load carrying capacity of an RC column after undergoing severe damage. Evaluation of residual capacity of RC columns is necessary to avoid damage initiation in RC structures. The central aspect of the current research is to propose an empirical formula to estimate the residual capacity of RC columns after undergoing severe damage. This formula facilitates decision making of whether a replacement or a repair of the damaged column is adequate for further use. Available literature mainly focused on the simulation of explosion loads by using simplified pressure time histories to develop residual capacity of RC columns and rarely simulated the actual explosive. Therefore, there is a gap in the literature concerning general relation between blast damage of columns with different explosive loading conditions for a reliable and quick evaluation of column behavior subjected to blast loading. In this paper, the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) technique is implemented to simulate high fidelity blast pressure propagations. LS-DYNA software is utilized to solve the finite element (FE) model. The FE model is validated against the practical blast tests, and outcomes are in good agreement with test results. Multivariate linear regression (MLR) method is utilized to derive an analytical formula. The analytical formula predicts the residual capacity of RC columns as functions of structural element parameters. Based on intensive numerical simulation data, it is found that column depth, longitudinal reinforcement ratio, concrete strength and column width have significant effects on the residual axial load carrying capacity of reinforced concrete column under blast loads. Increasing column depth and longitudinal reinforcement ratio that provides better confinement to concrete are very effective in the residual capacity of RC column subjected to blast loads. Data obtained with this study can broaden the knowledge of structural response to blast and improve FE models to simulate the blast performance of concrete structures.
International Journal of Reliability and Applications
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v.2
no.3
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pp.209-240
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2001
Computer-based simulation and analysis is used extensively in engineering for a variety of tasks. Despite the steady and continuing growth of computing power and speed, the computational cost of complex high-fidelity engineering analyses and simulations limit their use in important areas like design optimization and reliability analysis. Statistical approximation techniques such as design of experiments and response surface methodology are becoming widely used in engineering to minimize the computational expense of running such computer analyses and circumvent many of these limitations. In this paper, we compare and contrast five experimental design types and four approximation model types in terms of their capability to generate accurate approximations for two engineering applications with typical engineering behaviors and a wide range of nonlinearity. The first example involves the analysis of a two-member frame that has three input variables and three responses of interest. The second example simulates the roll-over potential of a semi-tractor-trailer for different combinations of input variables and braking and steering levels. Detailed error analysis reveals that uniform designs provide good sampling for generating accurate approximations using different sample sizes while kriging models provide accurate approximations that are robust for use with a variety of experimental designs and sample sizes.
Quadrature spatial modulation (QSM) utilizes the in-phase and quadrature spatial dimensions to transmit the real and imaginary parts of a single signal symbol, respectively. The improved QSM (IQSM) transmits two signal symbols per channel use through a combination of two antennas for each of the real and imaginary parts. The main contributions of this study can be summarized as follows. First, we derive an upper bound for the error performance of the IQSM. We then design constellation sets that minimize the error performance of the IQSM for several system configurations. Second, we propose a double QSM (DQSM) that transmits the real and imaginary parts of two signal symbols through any available transmit antennas. Finally, we propose a parallel IQSM (PIQSM) that splits the antenna set into equal subsets and performs IQSM within each subset using the same two signal symbols. Simulation results demonstrate that the proposed constellations significantly outperform conventional constellations. Additionally, DQSM and PIQSM provide a performance similar to that of IQSM while requiring a smaller number of transmit antennas and outperform IQSM with the same number of transmit antennas.
Widely used among the various single imputation methods is k-nearest neighbors (KNN) imputation due to its robustness even when a parametric model such as multivariate normality is not satisfied. We propose a weighted adaptive nearest neighbors imputation method that combines the adaptive nearest neighbors imputation method that accounts for the local features of the data in the KNN imputation method and weighted k-nearest neighbors method that are less sensitive to extreme value or outlier among k-nearest neighbors. We conducted a Monte Carlo simulation study to compare the performance of the proposed imputation method with previous imputation methods.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.12
no.6
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pp.577-582
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2002
Neural network can be trained to approximate an arbitrary nonlinear function of multivariate data like the mini-mill crown values in Automatic Shape Control. The trained weights of neural network can evaluate or generalize the process data outside the training vectors. Sometimes, the blind modeling of the process data is necessary to compare with the scattered analytical model of mini-mill process in isolated electro-mechanical forms. To come up with a viable model, we propose the blind neural-based range-division domain-clustering piecewise-linear modeling scheme. The basic ideas are: 1) dividing the range of target data, 2) clustering the corresponding input space vectors, 3)training the neural network with clustered prototypes to smooth out the convergence and 4) solving the resulting matrix equations with a pseudo-inverse to alleviate the ill-conditioning problem. The simulation results support the effectiveness of the proposed scheme and it opens a new way to the data analysis technique. By the comparison with the statistical regression, it is evident that the proposed scheme obtains better modeling error uniformity and reduces the magnitudes of errors considerably. Approximatly 10-fold better performance results.
The present study developed an anthropometric design method accommodating physical human variabilities for user-centered product development. The proposed design method is based on the boundary zone method, a technique to generate a group of humanoids properly representing the body size diversity of thedesign target population. In addition, the anthropometric design method considers the variability of postures in the design process by incorporating the simulation of posture. The effectiveness of the proposed design method was evaluated in terms of multivariate accommodation percentage (MAP) by applying it to designing a computer workstation with 90% of accommodation percentage. The performance evaluation showed that the MAP (89%) of the computer workstation design produced by the proposed method was quite close to the designated accommodation percentage. The proposed design method can be of use to develop an effective anthropometric design for user-centered product development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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