This study employs Bayesian multiple regression analysis using the ordinary least squares method for regional low flow frequency analysis. The parameter estimates using the Bayesian multiple regression analysis were compared to conventional analysis using the t-distribution. In these comparisons, the mean values from the t-distribution and the Bayesian analysis at each return period are not significantly different. However, the difference between upper and lower limits is remarkably reduced using the Bayesian multiple regression. Therefore, from the point of view of uncertainty analysis, Bayesian multiple regression analysis is more attractive than the conventional method based on a t-distribution because the low flow sample size at the site of interest is typically insufficient to perform low flow frequency analysis. Also, we performed low flow prediction, including confidence interval, at two ungauged catchments in the Nakdong River basin using the developed Bayesian multiple regression model. The Bayesian prediction proves effective to infer the low flow characteristic at the ungauged catchment.
The low flow analysis is an important part in water resources engineering. Also, the results of low flow frequency analysis can be used for design of reservoir storage, water supply planning and design, waste-load allocation, and maintenance of quantity and quality of water for irrigation and wild life conservation. Especially, for identification of the uncertainty in frequency analysis, the Bayesian approach is applied and compared with conventional methodologies in at-site low flow frequency analysis. In the first manuscript, the theoretical background for the Bayesian MCMC (Bayesian Markov Chain Monte Carlo) method and Metropolis-Hasting algorithm are studied. Two types of the prior distribution, a non-data- based and a data-based prior distributions are developed and compared to perform the Bayesian MCMC method. It can be suggested that the results of a data-based prior distribution is more effective than those of a non-data-based prior distribution. The acceptance rate of the algorithm is computed to assess the effectiveness of the developed algorithm. In the second manuscript, the Bayesian MCMC method using a data-based prior distribution and MLE(Maximum Likelihood Estimation) using a quadratic approximation are performed for the at-site low flow frequency analysis.
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.24
no.6
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pp.561-581
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2017
Bayesian statistics can play a key role in the design and analysis of clinical trials and this has been demonstrated for medical device trials. By 1995 Bayesian statistics had been well developed and the revolution in computing powers and Markov chain Monte Carlo development made calculation of posterior distributions within computational reach. The Food and Drug Administration (FDA) initiative of Bayesian statistics in medical device clinical trials, which began almost 20 years ago, is reviewed in detail along with some of the key decisions that were made along the way. Both Bayesian hierarchical modeling using data from previous studies and Bayesian adaptive designs, usually with a non-informative prior, are discussed. The leveraging of prior study data has been accomplished through Bayesian hierarchical modeling. An enormous advantage of Bayesian adaptive designs is achieved when it is accompanied by modeling of the primary endpoint to produce the predictive posterior distribution. Simulations are crucial to providing the operating characteristics of the Bayesian design, especially for a complex adaptive design. The 2010 FDA Bayesian guidance for medical device trials addressed both approaches as well as exchangeability, Type I error, and sample size. Treatment response adaptive randomization using the famous extracorporeal membrane oxygenation example is discussed. An interesting real example of a Bayesian analysis using a failed trial with an interesting subgroup as prior information is presented. The implications of the likelihood principle are considered. A recent exciting area using Bayesian hierarchical modeling has been the pediatric extrapolation using adult data in clinical trials. Historical control information from previous trials is an underused area that lends itself easily to Bayesian methods. The future including recent trends, decision theoretic trials, Bayesian benefit-risk, virtual patients, and the appalling lack of penetration of Bayesian clinical trials in the medical literature are discussed.
This study developed a Bayesian spatial regional frequency analysis, which aimed to analyze spatial patterns of design rainfall by incorporating geographical information (e.g. latitude, longitude and altitude) and climate characteristics (e.g. annual maximum series) within a Bayesian framework. There are disadvantages to considering geographical characteristics and to increasing uncertainties associated with areal rainfall estimation on the existing regional frequency analysis. In this sense, this study estimated the parameters of Gumbel distribution which is a function of geographical and climate characteristics, and the estimated parameters were spatially interpolated to derive design rainfall over the entire Han-river watershed. The proposed Bayesian spatial regional frequency analysis model showed similar results compared to L-moment based regional frequency analysis, and even better performance in terms of quantifying uncertainty of design rainfall and considering geographical information as a predictor.
The Bayesian MCMC(Bayesian Markov Chain Monte Carlo) and the MLE(Maximum Likelihood Estimation) methods using a quadratic approximation are applied to perform the at-site low flow frequency analysis at the 4 stage stations (Nakdong, Waegwan, Goryeonggyo, and Jindong). Using the results of two types of the estimation method, the frequency curves including uncertainty are plotted. Eight case studies using the synthetic flow data with a sample size of 100, generated from 2-parmeter Weibull distribution are performed to compare with the results of analysis using the MLE and the Bayesian MCMC. The Bayesian MCMC and the MLE are applied to 36 years of gauged data to validate the efficiency of the developed scheme. These examples illustrate the advantages of the Bayesian MCMC and the limitations of the MLE based on a quadratic approximation. From the point of view of uncertainty analysis, the Bayesian MCMC is more effective than the MLE using a quadratic approximation when the sample size is small. In particular, the Bayesian MCMC is a more attractive method than MLE based on a quadratic approximation because the sample size of low flow at the site of interest is mostly not enough to perform the low flow frequency analysis.
This study applied the Bayesian method for the quantification of the parameter uncertainty of spatial linear mixed model in the estimation of the spatial distribution of probability rainfall. In the application of Bayesian method, the prior sensitivity analysis was implemented by using the priors normally selected in the existing studies which applied the Bayesian method for the puppose of assessing the influence which the selection of the priors of model parameters had on posteriors. As a result, the posteriors of parameters were differently estimated which priors were selected, and then in the case of the prior combination, F-S-E, the sizes of uncertainty intervals were minimum and the modes, means and medians of the posteriors were similar to the estimates using the existing classical methods. From the comparitive analysis between Bayesian and plug-in spatial predictions, we could find that the uncertainty of plug-in prediction could be slightly underestimated than that of Bayesian prediction.
Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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2007.06c
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pp.263-266
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2007
This paper discusses the Bayesian statistical inference. This paper discusses the Bayesian inference, MCMC (Markov Chain Monte Carlo) integration, MCMC method, Metropolis-Hastings algorithm, Gibbs sampling, Maximum likelihood estimation, Expectation Maximization algorithm, missing data processing, and BMA (Bayesian Model Averaging). The Bayesian statistical inference is used to process a large amount of data in the areas of biology, medicine, bioengineering, science and engineering, and general data analysis and processing, and provides the important method to draw the optimal inference result. Lastly, this paper discusses the method of principal component analysis. The PCA method is also used for data analysis and inference.
Various methodologies for the genetic analysis of longitudinal data have been proposed and applied to data from large-scale genome-wide association studies (GWAS) to identify single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with traits of interest and to detect SNP-time interactions. We recently proposed a grid-based Bayesian mixed model for longitudinal genetic data and showed that our Bayesian method increased the statistical power compared to the corresponding univariate method and well detected SNP-time interactions. In this paper, we further analyze longitudinal obesity-related traits such as body mass index, hip circumference, waist circumference, and waist-hip ratio from Korea Association Resource data to evaluate the proposed Bayesian method. We first conducted GWAS analyses of cross-sectional traits and combined the results of GWAS analyses through a meta-analysis based on a trajectory model and a random-effects model. We then applied our Bayesian method to a subset of SNPs selected by meta-analysis to further discover SNPs associated with traits of interest and SNP-time interactions. The proposed Bayesian method identified several novel SNPs associated with longitudinal obesity-related traits, and almost 25% of the identified SNPs had significant p-values for SNP-time interactions.
Journal of the Korean Data and Information Science Society
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v.27
no.6
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pp.1621-1629
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2016
This paper studies Bayesian pooling for analysis of categorical data from small areas. Many surveys consist of categorical data collected on a contingency table in each area. Statistical inference for small areas requires considerable care because the subpopulation sample sizes are usually very small. Typically we use the hierarchical Bayesian model for pooling subpopulation data. However, the customary hierarchical Bayesian models may specify more exchangeability than warranted. We, therefore, investigate the effects of pooling in hierarchical Bayesian modeling for the contingency table from small areas. In specific, this paper focuses on the methods of direct or indirect pooling of categorical data collected on a contingency table in each area through Dirichlet priors. We compare the pooling effects of hierarchical Bayesian models by fitting the simulated data. The analysis is carried out using Markov chain Monte Carlo methods.
This study employs Bayesian regression analysis for fitting discharge rating curves. The parameter estimates using the Bayesian regression analysis were compared to ordinary least square method using the t-distribution. In these comparisons, the mean values from the t-distribution and the Bayesian regression are not significantly different. However, the difference between upper and lower limits are remarkably reduced with the Bayesian regression. Therefore, from the point of view of uncertainty analysis, the Bayesian regression is more attractive than the conventional method based on a t-distribution because the data size at the site of interest is typically insufficient to estimate the parameters in rating curve. The merits and demerits of the two types of estimation methods are analyzed through the statistical simulation considering heteroscedasticity. The validation of the Bayesian regression is also performed using real stage-discharge data which were observed at 5 gauges on the Anyangcheon basin. Because the true parameters at 5 gauges are unknown, the quantitative accuracy of the Bayesian regression can not be assessed. However, it can be suggested that the uncertainty in rating curves at 5 gauges be reduced by Bayesian regression.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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