Extreme Conformal Prediction: Reliable Intervals for High-Impact Events
Research Institute for Statistics and Information Science, University of Geneva(日内瓦大学统计与信息科学研究院);Department of Industrial Engineering and Operations Research, Columbia University(哥伦比亚大学工业工程与运筹学系)
本文提出极端值统计与置信预测结合的方法,解决高置信度下预测区间过宽问题,适用于洪水风险预测等高影响事件。
2026-03-31 stat.AP stat.ME stat.ML
Modeling All Exceedances Above a Threshold Using an Extremal Dependence Structure: Inferences on Several Flood Characteristics
洪水分位数估计对许多工程研究和决策具有重要意义。然而,从业人员必须经常处理可用的小数据。因此,信息必须得到最佳利用。在过去的几十年里,为了减少数据的浪费,推理方法已经从年度最大值建模发展到超过阈值的峰值。为了缓解数据的缺乏,有时会将超过阈值的峰值与其他信息(主要是区域和历史信息)结合起来。然而,无论额外的信息是什么,对医生来说,最宝贵的信息是在目标部位找到的。在这项研究中,一个模型,允许在整个时间序列的推论。特别是,该模型考虑到连续的极端观测值之间的依赖性,使用适当的极值依赖结构。结果表明,该模型导致更准确的洪峰分位数估计比传统的估计。此外,由于考虑了时间依赖性,可以执行对其他洪水特性的推断。并以洪水历时为例进行了说明。我们的分析表明,所提出的模型来估计洪水持续时间的准确性与特定的集水区特征。提出了提高洪水历时预报水平的建议。
2008-02-04 stat.AP
Dealing with seasonal variability and inter-site dependence in regional flood frequency analysis
本文考虑了洪水频率分析中的一个重要问题,即年最大流量分布高分位数的区域估计问题$F$。尽管这个特殊的问题已经解决了许多文件,很少有人注意到将季节性变化和空间依赖性的方法。我们将讨论两个区域估计的高分位数的局部分布$F$,能够处理这些重要的功能,即,参数的方法,基于所谓的两个组件的极值分布和半参数的方法,基于区域估计的尾部指数。估计量的渐近正态性推导出这两个程序,例如,这使我们能够考虑估计的不确定性,而不需要参数依赖模型或自举程序。一个全面的模拟研究进行,我们的主要研究结果说明在德国,在那里人们遭受了几次严重的洪水在过去的100年的穆尔德流域的河流流量系列。
2017-01-25 stat.ME
Correlation of powers of Hüsler-Reiss vectors and Brown-Resnick fields, and application to insured wind losses
Hüsler-Reiss向量和Brown-Resnick场分别是多元极值理论和空间极值理论中的流行模型,并在应用中得到广泛的应用。我们提供的二元Hüsler-Reiss向量的分量的功率之间的相关性的解析公式,这些扩展到布朗-雷斯尼克场的情况下,并彻底研究所产生的依赖措施的性质。空间风险理论证明了相关性的使用,而幂变换在将相关性作为依赖性度量时是有见地的,并且非常适合于极端天气事件(如风或洪水)的损害函数。这使得我们的理论结果值得,例如,精算应用。最后,我们进行了一个案例研究,涉及保险损失的极端风速在德国,并获得有价值的结论,为保险业。
2022-03-01 math.PR math.ST stat.AP
Uniqueness and global optimality of the maximum likelihood estimator for the generalized extreme value distribution
三参数广义极值分布起源于经典的单变量极值理论,常用于分析观测现象的远尾。奇怪的是,在这个标准模型下的似然估计的重要渐近性质尚未建立。在本文中,我们正式证明了极大似然估计是整体和唯一的。一个有趣的次要结果是一类极限关系在形状参数的紧邻域中的一致相合性。
2020-08-14 math.ST stat.ME stat.TH
Graphical Models for Extremes
条件独立性、图形模型和稀疏性是简约统计模型和理解数据结构关系的关键概念。多变量和空间极值理论通过渐近合理的极限模型(如最大稳定分布和多变量帕累托分布)描述罕见事件的风险。到目前为止,这一领域的统计建模仅限于中等规模,部分原因是复杂的可能性和缺乏对潜在概率结构的了解。我们介绍了一个通用的理论,允许定义的图形模型和稀疏的极端多变量帕累托分布的条件独立。Hammersley-Clifford定理将这个新概念与图上的极值模型的密度因子分解联系起来。对于Hüsler-Reiss分布的流行类,我们表明,类似于高斯的情况下,一般极值图形模型的稀疏模式可以从合适的逆协方差阵读出。新的参数模型可以以模块化的方式构建,并且统计推断可以简化为低维边缘。我们讨论学习的最小生成树和模型选择的极值图结构,并说明其使用与多瑙河洪水风险评估的应用程序。
2019-11-13 math.ST stat.TH
Combining regional estimation and historical floods: a multivariate semi-parametric peaks-over-threshold model with censored data
极端洪水分位数的估计是具有挑战性的,因为与典型的目标重现期相比,极端数据相对稀缺。多年来,为应对这一挑战,开发了几种方法,包括区域估计和使用历史洪水数据。本文研究了这两种方法的组合使用多变量峰值阈值模型,允许估计共在每个站点的站点间的依赖结构和边缘分布。利用半参数Dirichlet混合模型构造了多个站点极值的联合分布。部分缺失和删失观测值(历史数据)的存在在数据扩充方案中进行解释。该模型适用于一个案例研究,涉及四个集水区在法国南部,自1604年以来的历史数据。从四个版本的模型(有或没有区域化的形状参数;使用或忽略历史洪水)的边际估计值的比较突出了显着差异的回报水平估计。此外,附近几个集水区的历史数据的可用性允许调查极端洪水的渐近相关性。流域显示了大量的渐近依赖,需要适应多元统计模型。
2014-11-28 stat.AP stat.ME
Parametric bootstrapping in a generalized extreme value regression model for binary response
当我们研究代表罕见事件的二元响应变量$Y$和潜在预测变量$\mathbf{X}$之间的关系时,广义极值(GEV)回归往往更适合。特别地,我们使用GEV分布的分位数函数作为链接函数。Bootstrapping将准确性的度量(偏倚、方差、置信区间、预测误差、假设检验)分配给样本估计值。该技术允许使用随机抽样方法估计几乎任何统计量的抽样分布。Bootstrapping通过从近似分布中采样时测量估计量的属性来估计估计量的属性。本文首先对广义极值回归模型进行拟合,然后用参数Bootstrap方法检验假设,估计广义极值回归模型参数的置信区间,并给出一个实际数据应用。
2021-05-02 stat.AP stat.ME
Learning Inter-Annual Flood Loss Risk Models From Historical Flood Insurance Claims and Extreme Rainfall Data
Instituto Politécnico Nacional(国立理工学院);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
洪水是最具灾难性的自然灾害之一,造成巨大的经济损失。洪水引起的经济损失的预测模型对于气候变化适应规划和保险承保等许多应用都很有用。本研究使用神经网络(条件生成对抗网络)、决策树(极端梯度提升)和基于核的回归(高斯过程)评估在国家洪水保险计划(NFIP)数据集上构建的回归的预测能力。该评估突出了回归的最具信息性的预测因子。索赔额推断的分布建模与伯尔分布允许引入偏差校正方案,并增加回归的预测能力。为了研究与物理变量的相互作用,我们将Daymet降雨估计NFIP作为一个额外的预测。对美国西南部八个州的沿海县进行的一项研究产生了一个$R^2=0.807$。对NFIP数据集中索赔数量较多的11个县的进一步分析表明,极端梯度提升提供了最佳结果,偏差校正显著提高了与参考分布的相似性,降雨预测器增强了回归性能。
2022-12-15 cs.LG physics.data-an stat.AP
On the maximum likelihood estimator for the Generalized Extreme-Value distribution
单变量极值理论中的vanilla方法包括将三参数广义极值(GEV)分布拟合到块极大值的样本。尽管有相反的说法,但最大似然估计量的渐近正态性从未被建立。本文利用一个一般结果给出了支持度依赖于参数的二次均值可微的参数族的极大似然估计的一个形式证明。一个有趣的副作用是关于GEV族的二次均值的可微性(缺乏)。
2017-03-15 math.ST stat.TH
Improved inference on risk measures for univariate extremes
HEC Montréal(蒙特利尔高等商学院);Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne(洛桑联邦理工学院)
本文探讨了利用似然渐近性对单变量极值问题中的风险度量进行推断,重点研究高分位数估计及风险总结。结论指出基于极值的推断在轻度模型偏差下较稳健,而基于阈值超额的推断可能有偏,但可通过高阶方法改进。
2021-01-27 stat.ME
Weighted Parameter Estimators of the Generalized Extreme Value Distribution in the Presence of Missing Observations
针对极值分析中因极端事件设备故障导致的缺失数据引发估计偏差的问题,提出广义极值分布的加权最大似然与加权矩估计量,经模拟验证后应用于加拿大东海岸潮汐数据。
2025-08-03 stat.AP stat.ME
Extending the blended generalized extreme value distribution
本文将混合广义极值分布从正形状参数扩展到负形状参数,以消除不现实的硬性上界,并证明其在预测高温和海平面极端事件方面优于传统GEV,同时提供配套软件。
2024-10-01 physics.ao-ph stat.AP stat.ME
Asymptotic theory for extreme value generalized additive models
Graduate School of Science and Engineering, Kagoshima University(鹿儿岛大学理工学研究科)
本文研究了极值广义加性模型与广义极值分布结合的渐近理论,探讨了形状和尺度函数估计量的收敛速度及其局部渐近正态性。
2025-11-20 math.ST stat.TH
Generalized Pareto Copulas: A Key to Multivariate Extremes
本文综述了多元极值理论的核心-广义Pareto copula(GPC)。任何广义预测控制都可以用$\mathbb{R}^d$上的一种特殊类型的范数(称为$D$ -范数)以一种简单的分析方式表示。GPC的特征性质是其电导稳定性。GPC可能有助于结束争论:什么是多元广义帕累托分布?我们提出了一个简单的方法来模拟数据从任意GPC,因此,从任意广义帕累托分布。作为一个应用程序,我们得出的概率,随机向量,它遵循GPC,超过一个高阈值,连同置信区间的非参数估计。本文最后以大气污染物联合扩散概率为例进行了分析。
2018-11-23 math.ST stat.TH
Predicting hazards of climate extremes: a statistical perspective
本文提出基于极值理论的统计框架,利用欧盟1980-2023年损失和死亡数据预测气候极端事件的尾部风险,支持假设分析,并强调将其纳入欧盟适应战略的紧迫性。
2025-05-23 stat.AP
A note on power generalized extreme value distribution and its properties
与广义极值(GEV)族类似,Roudsari(1999)和Barakat等人(2013)引入了幂归一化下的广义极值分布。本文研究了GEV律在幂正规化下的渐近性态,导出了k阶矩、熵、离散序、稀有事件估计以及实际数据应用的表达式。在一定条件下,证明了广义电动势族的Shannon熵和方差是有序的.
2017-11-30 stat.AP
Generalized random forest for extreme quantile regression
本文提出一种结合极值理论与广义随机森林的极端分位数回归方法,用协变量相关参数近似块最大值条件分布,并在模拟和气象数据上验证其有效性。
2025-08-20 stat.ME
Simulating flood event sets using extremal principal components
本文针对英格兰北部和苏格兰南部地区,提出基于极值主成分分布建模的降维生成框架,通过数据驱动选择最优维度并高效采样生成合成洪水事件集,实验表明该方法优于现有统计方法。
2022-03-16 stat.AP
A comparative review of generalizations of the Gumbel extreme value distribution with an application to wind speed data
广义极值分布及其特例Gumbel极值分布在极值分析中有着广泛的应用。Gumbel分布有一定的缺点,因为它是一个非重尾分布,其特征是恒定的偏度和峰度。广义极值分布经常在这种情况下使用,因为它包含了三种可能的极限分布,用于独立和同分布观测的无限样本的归一化最大值。然而,广义极值分布可能不是一个合适的模型时,每个观察到的最大值不是来自大量的观察。因此,Gumbel分布的其他形式的推广可能是更可取的。我们的目标是收集在目前的文献中的分布,包含Gumbel分布嵌入其中,并确定那些具有灵活的偏度和峰度,重尾,并可能与广义极值分布的竞争。广义的Gumbel分布的描述和比较使用的应用程序的风速数据集和蒙特卡罗模拟。我们发现,一些分布遭受过参数化,并与其他广义Gumbel分布与较少的参数,即,是不可识别的。我们的研究表明,在实际应用中应考虑广义极值分布和两个极值分布的混合。
2015-08-11 stat.ME stat.OT
Bayesian regional flood frequency analysis for large catchments
区域洪水频率分析通常应用于某一地点数据不足以可靠估计洪水分位数的情况。我们开发了一个贝叶斯分层建模框架,从203个大流域在挪威的广义极值(GEV)分布作为基础模型的数据进行区域分析。关于GEV分布参数的广义线性模型能够纳入特定位置的地理和气象信息,从而适应这些对洪水分位数的影响。贝叶斯模型平均组件还评估了拟议协变量影响的模型不确定性。由此产生的区域模型被认为是提供更好的预测性能比目前在挪威使用的区域模型。
2018-03-02 stat.AP
A VAE Approach to Sample Multivariate Extremes
Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement ESTIMR, CNRS-CEA-UVSQ(气候与环境科学实验室 ESTIMR,法国国家科学研究中心-法国原子能委员会-巴黎-萨克雷大学);IMT Atlantique, Lab-STICC ODISSEY, INRIA(IMT大西洋,Lab-STICC ODISSEY,法国国家信息与自动化技术研究所)
本文提出了一种基于VAE的方法,用于采样多变量厚尾分布,以提高极值之间依赖结构的学习,并应用于洪水风险评估。
2026-01-30 cs.LG stat.ML
Projecting Flood-Inducing Precipitation with a Bayesian Analogue Model
降雨的时空相关性对洪泛灾害的危害有很大影响。当极端降水具有较强的空间依赖性时,由于地形等引起径流累积的集水因素,洪水的风险被放大。时间依赖性也会增加洪水风险,因为暴雨排水系统的运行能力可能会被连续多日的强降水所淹没。虽然转换高斯过程是模拟降水的常见选择,但其弱尾相关性可能导致低估洪水风险。极值模型,如广义帕累托过程的阈值方差和最大稳定模型是有吸引力的替代品,但很难适合当观测站点的数量很大,并用于建模的大部分分布,这也可能是感兴趣的水管理规划者。虽然大气动力学降水是复杂的,很难完全纳入一个吝啬的统计模型,非机械模拟方法,近似这些动态已被证明是有前途的方法来捕捉降水的时间依赖性。在本文中,我们提出了一个贝叶斯模拟方法,利用大,天气尺度的大气模式,使降水预报。在不同的强度变化的空间依赖性建模为一个混合的空间Student-t过程,可以容纳强和弱的尾部依赖。该模型在捕捉社区大气模型(CAM)5.2预测的极端降水分布方面表现出更好的性能。
2019-11-14 stat.AP
Approximate Bayesian inference for analysis of spatio-temporal flood frequency data
特大洪水造成人员伤亡,并对财产和重要民用基础设施造成广泛破坏。在这里,我们提出了一个贝叶斯方法预测极端洪水的广义极值(GEV)分布在有资料和无资料集水区。一个主要的方法上的挑战是找到一个合适的参数化的GEV分布时,涉及协变量或潜在的空间效应。其他挑战涉及使用适当的模型选择过程来平衡模型复杂性和简约性,以及使用可靠且计算高效的方法来进行推断。我们的方法依赖于一个潜在的高斯建模框架与一个新的多变量链接函数,旨在分离的解释参数在潜在的水平,以避免不合理的估计的形状和时间趋势参数。在潜在水平上提出了四个参数的结构化加性回归模型。为了提高大型数据集和丰富参数化模型的计算效率,我们采用了一种准确快速的近似贝叶斯推断方法。我们采用我们提出的方法,从554集水区在英国(UK)的年度峰值河流流量数据。我们的模型表现良好的洪水预测方面的测量和未测量集水区。结果表明,空间模型组件转换的位置和尺度参数,以及时间趋势,都是重要的。时间趋势参数的后验估计值对应于每十年平均增加约$1.5\%$,并揭示了整个英国的空间结构。为了估计空间聚集体的收益水平,我们进一步开发了一种新的基于Copula的后处理方法,以减轻数据水平上条件独立假设的影响,我们表明我们的方法提供了准确的结果。
2021-04-06 stat.AP stat.ME
River flow modelling using nonparametric functional data analysis
针对水文数据的流量预测与极值分析需求,提出采用非参数泛函数据分析方法,在美国两条河流样本上验证,其效果优于经典参数和非参数估计方法,可辅助洪水风险管理。
2024-01-30 stat.AP stat.ME
Inference for extreme values under threshold-based stopping rules
由于发生大洪水事件,有进行极值分析的倾向。这种分析的时机引入了偏见和不良的覆盖概率到相关的风险评估,并导致随后效率低下的防洪计划。我们通过研究随机停止准则来探索这些问题,并提出了新的基于似然的推断,以减轻这些困难。我们的方法是通过分析月球河,它经历了英国有史以来最大的测量流量事件在2015年。我们表明,如果不考虑这种停止功能,将有大量的过度设计,以应对这一事件。
2019-09-09 stat.AP
A regional Bayesian POT model for flood frequency analysis
洪水频率分析通常基于极值分布对当地径流序列的拟合。然而,当局部数据序列较短时,频率分析结果变得不可靠。区域频率分析是降低估计不确定性的一种简便方法。在这项工作中,我们提出了一个区域贝叶斯模型的短记录长度的网站。该模型比指数洪水模型的限制性更小,同时保留了“均匀区域”的形式主义。所提出的模型的性能进行评估,在法国的一组计量站。分位数估计的准确性作为合并组的同质性程度的函数也进行了分析。结果表明,区域贝叶斯模型优于指数洪水模型和局部估计。此外,似乎与较小且高度均匀的区域相比,使用相对较大且均匀的区域可能会导致更准确的结果。
2008-02-04 stat.AP
Bayesian hierarchical modeling of extreme hourly precipitation in Norway
极端降水的空间图是水文建模以及重要基础设施规划和设计中洪水估计的关键组成部分。这在挪威等国家尤其重要,因为这些国家的水力发电设施密度很高,而且基础设施面临着因洪水而遭受破坏的重大风险。在这项工作中,我们估计一个空间相干地图的极端小时降水量在挪威的分布,在返回水平,通过连接广义极值(GEV)分布与潜在的高斯场的贝叶斯分层模型。关于GEV分布参数的广义线性模型能够纳入特定地点的地理和气象信息,从而适应这些对极端降水的影响。一个高斯场的GEV参数捕获额外的无法解释的空间异质性,并克服了稀疏的网格上收集的意见。我们进行了广泛的分析,影响GEV参数的因素,并表明我们的组合是能够适当地表征挪威极端小时降水量分布的空间变异性,以及这些估计的相关不确定性。
2014-05-26 stat.AP
Accounting for Seasonality in Extreme Sea Level Estimation
海平面回归水位的可靠估计对于沿海洪水风险评估和沿海防洪设计至关重要。我们描述了一种新的方法来估计极端海平面,这是第一次捕捉季节性,年际变化和长期变化。我们使用联合概率方法,斜浪和峰潮作为两个海平面分量。潮汐状态是可预测的,但斜浪是随机的。我们提出了一个统计模型的偏斜浪涌,其中的主体分布的经验建模,而非平稳广义帕累托分布(GPD)的上尾。我们捕捉一年内的季节性,通过引入每日协变量的GPD模型,并允许在几个月和几年内变化的潮汐峰的分布。斜波峰值潮汐依赖占通过潮汐协变量在GPD模型,我们调整斜波时间依赖通过次渐近极值指数。我们在GPD模型中加入了空间先验信息,以减少与最高回报水平估计相关的不确定性。我们的研究结果是对当前回报水平估计的改进,以前的方法通常低估了。我们说明我们的方法在四个英国验潮站。
2022-07-20 stat.AP stat.ME
Spatio-temporal modeling of urban extreme rainfall events at high resolution
IMAG, Univ. Montpellier(蒙彼利埃大学);CNRS(法国国家科学研究中心);Inria LEMON team(INRIA LEMON团队);BioSP, Inrae(法国国家农业食品与环境研究院 BioSP部门)
本文提出一种新颖的时空随机模型,用于高分辨率城市极端暴雨建模,结合真实边缘行为和灵活的依赖结构,通过雷达再分析数据估计经验对流速度,准确再现蒙彼利埃OMSEV网络观测到的极端暴雨时空结构。
2026-04-22 stat.AP
Statistical analysis of the water level of Huang He river (Yellow river) in China
大型河流的极高水位是极其危险的事件,可能导致大洪水和财产损失以及数千甚至数万人的生命。来自水位系统监测的信息使我们能够获得感兴趣的河流的极高水位值的概率分布。本文研究了中国黄河水位10多年卫星观测资料的时间序列。我们证明了相应的极值分布是韦布尔分布,并确定了分布的参数。研究结果可为黄河流域相应区域人口和村庄的洪水风险评估提供参考。
2019-06-01 stat.AP
Accounting for Climate Change in Extreme Sea Level Estimation
极端海平面估计是减轻沿海洪水的基础,因为它们为防御工程提供了见解。随着全球气候变化,海平面上升加上风暴强度和频率增加,对沿海社区构成越来越大的风险。我们提出了一种新的方法来估计极端海平面,占气候变化对极端事件的影响,不占平均海平面的趋势。我们遵循一个联合概率的方法,考虑斜波和峰值潮汐作为海平面的唯一组成部分。我们使用非平稳广义帕累托分布(GPD)与协变量占气候变化,季节性和斜浪涌峰值潮汐相互作用的极端斜浪涌模型。我们开发了有效测试不同海岸线和季节极端倾斜浪涌趋势的方法。我们说明了我们的方法使用的数据从四个英国验潮站。
2022-07-30 stat.AP stat.ME
A Deep Learning Synthetic Likelihood Approximation of a Non-stationary Spatial Model for Extreme Streamflow Forecasting
本文提出非平稳过程混合模型NPMM,结合神经网络合成似然近似,利用降水预估对美国中部极端径流进行贝叶斯预报,发现未来极端径流频率和强度总体增加。
2023-04-26 stat.AP stat.ME
A Quick Estimation of Fréchet Quantizers for a Dynamic Solution to Flood Risk Management Problems
针对多阶段随机优化数值解依赖蒙特卡洛抽样不准确的问题,提出基于条件Fréchet分布阶段最优量化器分组的近似方案,应用于奥地利洪水风险管理预算分配,提升动态规划效率并保证收敛性与全局解。
2025-08-26 math.OC stat.AP
Improved return level estimation via a weighted likelihood, latent spatial extremes model
对罕见事件(如大降雨事件的强度)的回报水平估计的不确定性使得难以制定减轻洪水等相关灾害的战略。潜在的空间极端模型通过利用极端事件统计特征的空间依赖性来跨位置借用力量,从而减少不确定性。然而,这些估计值可能由于模型错误而具有较差的特性:许多潜在的空间极值模型不考虑极值依赖性,这是极端事件本身的空间依赖性。我们提出了一个加权的可能性,使用极值系数,将信息的极值依赖在估计过程中,潜在的空间极值模型,使条件独立的假设,提高估计。这种方法与直接对空间极值依赖进行建模不同,但更简单;例如,通过拟合最大稳定过程,这对于拟合真实的大型数据集来说是具有挑战性的。我们采用了一个分层贝叶斯推理框架,使用模拟显示加权模型提供了改进的估计高分位数,并应用我们的模型,以提高回报水平的估计科罗拉多州降雨事件与1%的年重复概率。
2018-12-21 stat.AP
Simulation of extreme functionals in meteoceanic data: Application to surge evolution over tidal cycles
针对半个潮汐周期海洋气象数据因时间依赖性和短尾行为违反泛函极值理论假设的问题,提出两阶段方法(自回归模型消依赖+帕累托过程适配残差)构建极端情景模拟器,在法国Gâvres站点风暴潮数据验证有效。
2025-08-20 stat.AP
Bayesian Spatiotemporal Nonstationary Model Quantifies Robust Increases in Daily Extreme Rainfall Across the Western Gulf Coast
本文提出空间变化协变量模型这一分层贝叶斯时空框架,整合非平稳性与区域化方法,用于极端降水频率分析,并在西墨西哥湾沿岸日降雨案例中验证了极端降水强度和变异性的稳健增加趋势。
2025-02-04 stat.AP