Muestreo de eventos raros mediante procesos estocásticos

El muestreo estocástico de eventos raros (SPRES) es un método de muestreo de eventos raros en simulación por computadora , diseñado específicamente para cálculos de no equilibrio , incluyendo aquellos para los cuales las tasas de eventos raros dependen del tiempo ( proceso no estacionario ). Para tratar sistemas en los que existe dependencia temporal en la dinámica, ya sea debido a la variación de un parámetro externo o a la evolución del propio sistema, el esquema de ramificación de trayectorias debe diseñarse de manera que se logre un muestreo distribuido uniformemente en el tiempo y que tenga en cuenta los flujos cambiantes a través de diferentes regiones del espacio de fases .

El algoritmo SPRES ^{[ 1 ]} ramifica las trayectorias de simulación a intervalos de tiempo fijos. El proceso de ramificación requiere que las trayectorias idénticas puedan divergir entre sí, por ejemplo, cambiando la semilla en el generador de números aleatorios de la computadora . Para sistemas que se considerarían naturalmente deterministas , es posible inyectar un elemento de aleatoriedad, por ejemplo, acoplándolos a un baño térmico fluctuante o agregando perturbaciones aleatorias para tener en cuenta algunos elementos de la simulación que no se modelan explícitamente, pero que existen en el sistema real.

La cantidad de sobremuestreo o submuestreo (la densidad de ramificación) se decide en función de una "coordenada de progreso" específica del sistema que mide el avance hacia un evento poco frecuente de interés. La probabilidad de seleccionar una configuración como punto de partida para un nuevo segmento de trayectoria está condicionada conjuntamente por su probabilidad de aparecer en una simulación imparcial y por el flujo local hacia adelante en la coordenada de progreso, de modo que un flujo pequeño conduce adaptativamente a un mayor sobremuestreo.

El método está diseñado para permitir la observación inmediata de eventos poco frecuentes en función del tiempo. Una ventaja adicional con respecto a los métodos que dividen las trayectorias principalmente en función de las interfaces en la coordenada de progreso, en lugar de en función del tiempo, es que en la mayor parte del espacio de coordenadas de progreso, la coordenada solo necesita evaluarse a intervalos de tiempo fijos (en lugar de continuamente), ya que el punto exacto en el que se alcanzan las interfaces distintas de la interfaz final deja de ser relevante.

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