Markov-chain Monte Carlo methods for flood data analysis Anita Ivett Szabó, András Zempléni ELTE TTK 2004.

Slides:



Advertisements
Hasonló előadás
1 groupement national interprofessionnel des semences et plants Vetőmagpiac forgalom az Európai Unióban Az EU vetőmag súlya a világ vetőmag termesztésében.
Advertisements


A majorsági projektet támogatja a Magyarok Nagyasszonya Ferences Rendtartomány és az FSZK. A MAJORSÁG működésével támogatja a felnőtt autisták munkahelyének.
Az egészségpolitika aktuális és koncepcionális kihívásai
Mobile Voice Communication Project Review •Cooperating partners: Cisco and T- Mobile, HTTP Foundation •Aim: new course on Cisco WLAN and Mobile.
Nyereményjátékok és a Facebook - aki mer, az nyer!?”
Saturday, 30 July, 2005 CEOI 2005 News. Saturday, 30 July, 2005 Introduction We are honoured to have been asked to host the 12 th Central-European Olympiad.
"Shoes on the Danube Bank” "נעליים בטיילת הדנובה"
Pannon Egyetem – Fizika Intézet University of Pannonia – Institute of Physics Metamer minták „előállítása” és színinger-metrikai felhasználása ’Producing’
Tanulmányi eredmények Bornemisza Péter Gimnázium
Optikai sugázrás hatása az emberi bőrre és szemre
Nyugdíjreform folyt. köv.? Pension Reform To Be Continued? Bodor András “PENSION REFORM IN HUNGARY: DO WE NEED ONE (PILLAR) MORE?” symposium Washington.
The man the boy and the donkey A férfi a fiú és a szamár.
Dreams. How much does our dream cost? If we plan something or dream about somthing we hope them to come true. If we plan something or dream about somthing.
Les meilleures photos de L'année 2005 D'après NBC A life for two, full of tenderness, obtains happiness as they get closer to heaven. Az élet kettesben.
What is the Mission Situation in Hungary?. Dr. György KOVÁCS What Is The Mission Situation In Hungary? Presentation Design by Ed Nickle – United World.
Bevezetés a tárgyakhoz Tárgyak  Objects are the containers for values of a specified type  Objects are either signals, variables or constants  Once.
FelültöltésVHDL Felültöltés (Overloading) n Áttekintés n Példák.
Fehérjék 4 Simon István. Predicting protein disorder - IUPred Basic idea: If a residue is surrounded by other residues such that they cannot form enough.
Az erőátviteli rendszer
Infokommunikációs rendszerek 12
Infokom. rendsz. 11. előadás nov Kommunikációs rendszerek alapjai 11. előadás Rádiós adathálózatok Bluetooth, ZigBee, WiFi, WiMAX, Takács.
A költségvetés szerkezete: I. Összbevétel II. Parlament III. Tanács IV. Bizottság V. Bíróság VI. Számvevőszék VII. Európai Gazdasági és Szociális.
Infokommunikációs rendszerek 11
Course Situation and Event Driven Models for Multilevel Abstraction Based Virtual Engineering Spaces Óbuda University John von Neumann Faculty of Informatics.
Természetesen P = Q = O esetén O + O = O. Tetszőleges, nem 2, vagy 3 karakterisztikájú test esetén hasonló módon eljárva E(K)-n zárt műveletet.
Sárgarépa piaca hasonlóságelemzéssel Gazdaság- és Társadalomtudományi kar Gazdasági és vidékfejlesztési agrármérnök I. évfolyam Fekete AlexanderKozma Richárd.
100-as szög méreteinek gyakorisága (n = 100) db mm.
Magyarország pénzügyi megítélése nemzetközi aspektusból László Csaba október 12.
A hagyományos kardiovaszkuláris rizikófaktorok és a diabetes
Érfali rigiditás dializált betegekben Dr.Csiky Botond orvos-igazgató PTE ÁOK II. sz. Belgyógyászati Klinika és Nephrológiai Centrum, FMC Dialízis Centrum,
Bevezetés a kísérleti részecskefizikába 2OO7.
Európai Neutronkutató Központ létesítése Magyarországon
KÖZÉP-ÁZSIA:A GREAT GAME- MASODIK FELVONÁS Tamás Pál MTA SZKI.
Projektmunka az NI-nál
Elektroanalitikához segédábrák Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
Elválasztástechnika segédábrák 2 Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Csak az intranetre tehetők, továbbmásolásuk,
A évi demográfiai adatok értékelése
Kajcsos Zsolt MTA KFKI Részecske-és Magfizikai Kutató Intézet Nagyspinű és kisspinű állapotok tanulmányozása pozitrónium kölcsönhatások által.
Biometria I. SANB_BI1019 Pearson-féle Chi-négyzet (χ2) teszt Molnár Péter Állattani Tanszék
Null Hypothesis (H 0 ) is true He truly is not guilty Alternative Hypothesis (H 1 ) is true He truly is guilty Accept Null Hypothesis Acquittal Right decision.
EGEE-II INFSO-RI Enabling Grids for E-sciencE EGEE and gLite are registered trademarks P-GRADE Portal gyakorlat ismertető Gergely.
Veleszületett szívhibában szenvedők szív transzplantációjának jelene, jövője Prof. Dr. Bodor Elek.
Hasznos ismeretek Hogyan bővítsük ismereteinket AVRDUDEflags -E noreset.
Biológia projektmunka:
Teachers as key stakeholders of ICT in Hungarian schools Andrea Karpati, Eotvos University, Budapest
Tanulni, tanulni, tanulni Értékesítői képességek, a személyzet képzése.
1 A Nyugat- és Közép-Dunántúl megyei jogú városainak összehasonlítása a KSH statisztikai mutatói alapján év
Könyvtár, csomag és alprogramokVHDL Könyvtár, csomag és alprogram n Library és use n Package n Alprogramok –Procedure –Function –Resolution function Egy.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 1 Tokozások termikus tesztje, minősítése.
Érettségi jelentkezések és érettségi eredmények 2007 Érettségi jelentkezések - érettségi eredmények.
Multilingual websites in Hungary Gabriella Szalóki Egy előadás könnyen vitára ösztönözheti a hallgatóságot. A PowerPoint bemutatók használatával azonban.
1 A Nyugat- és Közép-Dunántúl megyei jogú városainak összehasonlítása a KSH statisztikai mutatói alapján év
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 9 / 1 C h a p t e r 9 Semi-Rigid Connections in Steel Construction.
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 3 / 1 C h a p t e r 3 Stability Functions.
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 6 / 1 C h a p t e r 6 Elastic Critical Plate Buckling Loads.
Készült az ERFP – DD2002 – HU – B – 01 szerzősésszámú projekt támogatásával Chapter 1 / 1 C h a p t e r 1 Introduction.
A magyar nyelv nagyszótára ‘Comprehensive Dictionary of Hungarian’ (Dictionary of the Academy) A brief history Tamás Péter Szabó Department of Lexicography.
History and culture of Finland. History Sweden lost it’s position as a great power in the 18th century and the pressure of Russia increased.
KözépTélTavaszNyárŐsz ,70-2,909,2019,7010,00 -5,20-3,801,008,8013,7017,7020,0019,5014,209,601,00-3,30.
Baróczi Lóránt BSc gépészmérnök jelölt GÖRDÜLŐCSAPÁGYAK REMANENS ÉLETTARTAMÁNAK VIZSGÁLATA Tervezésvezető: Dr. Szilágyi Attila egyetemi docens Konzulens:
GAZDASÁGI ADOTTSÁGOK ÉS FEJLŐDÉSI IRÁNYOK A délkelet-európai országok Novák Tamás MTA – VKI május 16.
Fej irányultságának becslése Ügyféltérben gyanús viselkedés jelzéséhez Kültéren kiegészítő hő szenzor szükséges.
2014. évi előirányzat évi előirányzat ÁLLAMI MŰKÖDÉSI FUNKCIÓK
A KÖVETKEZŐKBEN SZÁMOZOTT KÉRDÉSEKET VAGY KÉPEKET LÁT SZÁMOZOTT KÉPLETEKKEL. ÍRJA A SZÁMOZOTT KÉRDÉSRE ADOTT VÁLASZT, VAGY A SZÁMOZOTT KÉPLET NEVÉT A VÁLASZÍV.
Értékek – Elvárás Diákok Szolgáltatói kultúra értékei ÁgazatSZMSZKIBarossÉpítészetiJendrassikPálfy- Vízügyi
D2A Pathway 2: End of Life Care – Home (usual place of residence)
What would x have to be in order for the mean to be 8?
Developing, understanding and using nutrient boundaries
Előadás másolata:

Markov-chain Monte Carlo methods for flood data analysis Anita Ivett Szabó, András Zempléni ELTE TTK 2004.

Introduction Generalized extreme value distribution (GEV) Bayesian approach MCMC algorithm

Bayesian approach Assume we have some apriori information on the river level Let be the parameter of the GEV distribution apriori information: we have an apriori distribution on the parameterset with continuous density function. Let the sample X 1,…,X n be independent identically distributed random variables (the annual river level maxima). The joint distribution of the sample is

Bayesian approach According to the Bayes-theorem the aposteriori distribution is (the aposteriori distribution considers both the known apriori distribution and the sample) The aposteriori distribution can be used for prediction: Let Z be an observation in the future The density function of the random variable Z is. Then is the predictive density function of Z given a sample x. (1) (2)

MCMC method Unfortunately to compute the integrals (1), (2) in closed formulae are impossible. The method: MCMC We generate a Markov-chain such that the stationary distribution of this Markov chain is the needed aposteriori distribution. We give the draft of the Metropolis-Hastings algorithm (Gibbs-sampler).

MCMC method We generate a sequence : Let be arbitrary : let the distribution of be, where as the function of x is a density function, forming a family of distributions in in each step let and The generated sequence is a Markov-chain, for which its stationary distribution is the aposteriori distribution.

MCMC method is the distribution of the future maxima given the sample and the apriori information. (3)

Diagnostics Measurement of convergence (CODA package, add-on routine to R): -Geweke diagnostics: Geweke (1992) proposed a convergence diagnostic for Markov chains based on a test for equality of the means of the first and last part of a Markov chain. If the samples are drawn from the stationary distribution of the chain, the two means are equal and Geweke's statistic has an asymptotically standard normal distribution. -Heidelberger and Welch diagnostics: the convergence test uses the Cramer-von-Mises statistic to test the null hypothesis that the sampled values come from a stationary distribution.

Data Settlementtime period level maximum Tivadar Vásárosnamény Záhony Polgár Szolnok Szeged Runoff maximum Csenger Garbolc Felsőberecki Tiszabecs

Application I Consider the water level data from Vásárosnamény. The parameters of the MCMC algorithm: Initial value: Apriori distribution (Gaussian): Distribution of the iterative step:

Geweke-diagnostic

Heidelberger-Welch Parameters Stationarity test Start iteration p-value Passed Halfwidth test Mean Halfwidth Passed Stationarity test Start iteration p-value Passed Halfwidth test Mean Halfwidth Passed Stationarity test Start iteration p-value Passed Halfwidth test Mean Halfwidth Passed

Empirical density functions

Parameter estimation Bayesian: =(602.82; ; -0.49) ML: =(606.87; ; -0.52) Method of moments =(606.34; 173.8; -0.52).

Confidence intervals 95% empirical confidence interval for the parameters ( ; ) (149.99; ) (-0.604; )

Return level Return level (30 years) 891; 95% confidence interval (871, 916) Return level (50 years) 906; 95% confidence interval (886, 933) Return level (100 years) 922; 95% confidence interval (901, 953)

Application II Consider runoff data from Felsőberecki (river Bodrog). The parameters of the MCMC algorithm: Initial value: Apriori distribution (Gaussian): Distribution of the iterative step:

Geweke diagnostic

Heidelberger-Welch Parameters Stationarity test Start iteration p-value Passed Halfwidth test Mean Halfwidth Passed Stationarity test Start iteration p-value Passed Halfwidth test Mean Halfwidth Passed Stationarity test Start iteration p-value Passed Halfwidth test Mean Halfwidth Passed

Empirical density functions

Parameter estimation and the confidence intervals 95% confidence interval for the parameters ( , ) ( , ) ( , ) =( ; ; )

Return level Return level (30 years) 1115; 95% confidence interval (947, 1405) Return level (50 years) 1227; 95% confidence interval (1008, 1630) Return level (100 years)1351; 95% confidence interval (1078, 1956)

Application III We consider data at Vásárosnamény and at Tivadar parallel (2-dimensional approach) The parameters of the MCMC algorithm: Initial value: Apriori distribution (Gaussian): ~N(500,200)*N(log 200, 2)*N(0,1)*N(500,200)*N(log 200, 2)*N(0,1) Distribution of the iterative step:

Geweke diagnostic

Heidelberger-Welch Vásárosnamény: Stationarity test Start iteration p-value Passed (0.735) Halfwidth test Mean Halfwidth Passed 602 (603) 2.19 (1.17) Stationarity test Start iteration p-value Passed (0.662) Halfwidth test Mean Halfwidth Passed 173 (174) 1.46 (0.987) Stationarity test Start iteration p-value Passed (0.943) Halfwidth test Mean Halfwidth Passed (-0.493) ( )

Empirical density functions

Parameter estimation and the confidence intervals 95% confidence interval for the parameters ( ; ) ( ; ) ( ; ) (149.15; ) (-0.613; ) (-0.408; ) Vásárosnamény =( ; ; ) Tivadar =( ; ; )

Return level Vásárosnamény: Return level (30 years) 892; 95% confidence interval (871, 916) Return level (50 years) 907; 95% confidence interval (886, 934) Return level (100 years) 922; 95% confidence interval (901, 953) Tivadar Return level (30 years) 872; 95% confidence interval (829, 927) Return level (50 years) 904; 95% confidence interval (858, 969) Return level (100 years) 942; 95% confidence interval (888, 1018) Vásárosnamény Tivadar

Return level (30 years) RiverValue Confidence interval (95%) Garbolc Túr 242(m 3 /s) (202, 306) Tiszabecs 3225(m 3 /s) (2837, 3868) Tivadar Tisza872(cm) (830, 927) Tivadar (Namény)Tisza872 (cm) (829, 927) Namény (Tivadar) Tisza892 (cm) (871, 916) Namény Tisza 891 (cm) (871, 916) Namény (Záhony) Tisza 887 (cm) (868, 913) Csenger Szamos 2297 (m 3 /s) (1925, 2920) Záhony (Namény) Tisza 721 (cm) (701, 744) Záhony Tisza 721 (cm) (701, 744) Záhony (Polgár)Tisza 721 (cm) (702, 744) BereckiBodrog1115 (m 3 /s) (947, 1405) Polgár (Záhony)Tisza 742 (cm) (719, 770) PolgárTisza 759 (cm) (735, 793) Polgár (Szolnok)Tisza 749 (cm) (724, 777) Szolnok (Polgár)Tisza 919 (cm) (892, 956) SzolnokTisza 920 (cm) (892, 958) Szolnok (Szeged)Tisza 920 (cm) (890, 960) Szeged (Szolnok)Tisza 896 (cm) (863, 941) SzegedTisza 903 (cm) (867, 948)

Return level (50 years) RiverValue Confidence interval (95%) GarbolcTúr271 (m 3 /s) (219, 353) Tiszabecs3372 (m 3 /s) (2969, 4248) TivadarTisza 904 (cm) (857, 970) Tivadar (Namény) Tisza 904 (cm) (858, 969) Namény (Tivadar) Tisza 907 (cm) (886, 934) NaményTisza 906 (cm) (886, 933) Namény (Záhony)Tisza 903 (cm) (883, 931) CsengerSzamos2639 (m 3 /s) (2140, 3508) Záhony (Namény)Tisza 736 (cm) (716, 762) ZáhonyTisza 736 (cm) (716, 762) Záhony (Polgár)Tisza 736 (cm) (716, 762) BereckiBodrog1227 (m 3 /s) (1008, 1630) Polgár (Záhony)Tisza 759 (cm) (734, 791) PolgárTisza 778 (cm) (751, 818) Polgár (Szolnok)Tisza 766 (cm) (740, 798) Szolnok (Polgár)Tisza 942 (cm) (911, 983) SzolnokTisza 942 (cm) (911, 985) Szolnok (Szeged)Tisza 942 (cm) (909, 991) Szeged (Szolnok)Tisza 922 (cm) (886, 974) SzegedTisza 929 (cm) (890, 983)

Return level (100 years) Value Confidence interval (95%) GarbolcTúr314 (m 3 /s) (242, 431) Tiszabecs3745(m 3 /s) (3121, 4815) TivadarTisza 942 (cm) (888, 1017) Tivadar (Namény)Tisza 942 (cm) (888, 1018) Namény (Tivadar)Tisza 922 (cm) (901, 953) NaményTisza 922 (cm) (901, 953) Namény (Záhony)Tisza 919(cm) (898, 954) CsengerSzamos3167 (m 3 /s) (2423, 4407) Záhony (Namény)Tisza 752 (cm) (731, 780) ZáhonyTisza 752 (cm) (732, 781) Záhony (Polgár)Tisza 752 (cm) (731, 780) BereckiBodrog1351 (m 3 /s) (1078, 1956) Polgár (Záhony)Tisza 778 (cm) (751, 815) PolgárTisza 800 (cm) (769, 844) Polgár (Szolnok)Tisza 785 (cm) (757, 821) Szolnok (Polgár)Tisza 968 (cm) (931, 1017) SzolnokTisza 968 (cm) (931, 1020) Szolnok (Szeged)Tisza 967 (cm) (929, 1028) Szeged (Szolnok)Tisza 953 (cm) (910, 1014) SzegedTisza 961 (cm) (913, 1023)

Conclusions Convergence: OK most of the cases (with some problems in the bivariate case and for cases with shorter observation periods). Method: very similar results to the classical approach.