Übersicht
Der Vergleich von Messergebnissen, zuverlässige Entscheidungsfindungen und Konformitätsbewertungen erfordern, dass Messergebnissen eine Unsicherheit beigeordnet wird. Die Möglichkeit des Vergleichs von Messergebnissen, die an verschiedenen Orten oder zu unterschiedlichen Zeiten erzielt wurden, ist zentral für die internationale Metrologie. Mit dem “Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement” (
GUM) steht eine Anleitung zur Unsicherheitsermittlung zur Verfügung, die bereits in vielen Anwendungen der Metrologie erfolgreich eingesetzt wurde.
Illustration der Monte Carlo Methode gemäß Supplement 1 to the GUM.
Im Rahmen ihrer jüngeren Entwicklung unterstützt die Metrologie zunehmend neue Themen, um gesellschaftlichen Herausforderungen in Umwelt und Klima, Lebenswissenschaften und Medizin begegnen zu können. Dabei spielen Bildgebung, Spektroskopie, Erdbeobachtungen und Sensornetzwerke eine zunehmend wichtige Rolle. Die zuverlässige Unsicherheitsermittlung ist in diesen Anwendungsfeldern besonders wichtig, etwa um die Diagnose eines Tumors abzusichern im Rahmen der quantitativen Bildgebung oder bei der Kontrolle von Umweltverschmutzungen. Der GUM wird allerdings den Herausforderungen in diesen Anwendungen nicht vollständig gerecht, und die Entwicklung statistischer Verfahren für eine verbesserte Unsicherheitsermittlung wird dringend benötigt.
Forschung
Der Schwerpunkt in der Arbeitsgruppe 8.42 der PTB liegt auf der Entwicklung Bayes’scher Verfahren zu Unsicherheitsermittlung. Diese Entwicklung wird im Zusammenhang mit unterschiedlichen Forschungsgebieten wie der „large-scale data analysis“ oder des „deep learning“ durchgeführt. Ebenso werden Bayes’sche Inferenzverfahren für eine mögliche Erweiterung der aktuellen GUM-Methodik in der Arbeitsgruppe 8.42 der PTB entwickelt. Beispiele hierfür sind einfache Verfahren, mit denen vorhandenes Vorwissen auf Priorverteilungen abgebildet werden kann, sowie Berechnungsmethoden. „Open source software“ wird bereitgestellt, um die Anwendung der entwickelten Verfahren zu erleichtern.
Software
Publikationen
Publikations Einzelansicht
Artikel
| Titel: | Markov chain Monte Carlo methods: an introductory example |
|---|---|
| Autor(en): | K. Klauenberg and C. Elster |
| Journal: | Metrologia |
| Jahr: | 2016 |
| Band: | 53 |
| Ausgabe: | 1 |
| Seite(n): | S32 |
| DOI: | 10.1088/0026-1394/53/1/S32 |
| Web URL: | http://stacks.iop.org/0026-1394/53/i=1/a=S32 |
| Schlüsselwörter: | Bayesian, MCMC, Markov chain Monte Carlo |
| Marker: | 8.42, Unsicherheit, Regression |
| Zusammenfassung: | When the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM) and methods from its supplements are not applicable, the Bayesian approach may be a valid and welcome alternative. Evaluating the posterior distribution, estimates or uncertainties involved in Bayesian inferences often requires numerical methods to avoid high-dimensional integrations. Markov chain Monte Carlo (MCMC) sampling is such a method---powerful, flexible and widely applied. Here, a concise introduction is given, illustrated by a simple, typical example from metrology. The Metropolis--Hastings algorithm is the most basic and yet flexible MCMC method. Its underlying concepts are explained and the algorithm is given step by step. The few lines of software code required for its implementation invite interested readers to get started. Diagnostics to evaluate the performance and common algorithmic choices are illustrated to calibrate the Metropolis--Hastings algorithm for efficiency. Routine application of MCMC algorithms may be hindered currently by the difficulty to assess the convergence of MCMC output and thus to assure the validity of results. An example points to the importance of convergence and initiates discussion about advantages as well as areas of research. Available software tools are mentioned throughout. |