<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-4687</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2022.795250</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Applied Mathematics and Statistics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Interpretable Transformed ANOVA Approximation on the Example of the Prevention of Forest Fires</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Potts</surname> <given-names>Daniel</given-names></name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/279423/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Schmischke</surname> <given-names>Michael</given-names></name>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/1514504/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff><institution>Faculty of Mathematics, Chemnitz University of Technology</institution>, <addr-line>Chemnitz</addr-line>, <country>Germany</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Juergen Prestin, University of L&#x000FC;beck, Germany</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Nadiia Derevianko, University of G&#x000F6;ttingen, Germany; Michael Gnewuch, Osnabr&#x000FC;ck University, Germany</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Daniel Potts <email>potts&#x00040;mathematik.tu-chemnitz.de</email></corresp>
<fn fn-type="other" id="fn001"><p>This article was submitted to Mathematics of Computation and Data Science, a section of the journal Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>26</day>
<month>01</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2022</year>
</pub-date>
<volume>8</volume>
<elocation-id>795250</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>14</day>
<month>10</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>04</day>
<month>01</month>
<year>2022</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2022 Potts and Schmischke.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Potts and Schmischke</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license> </permissions>
<abstract>
<p>The distribution of data points is a key component in machine learning. In most cases, one uses min-max-normalization to obtain nodes in [0, 1] or <italic>Z</italic>-score normalization for standard normal distributed data. In this paper, we apply transformation ideas in order to design a complete orthonormal system in the L<sub>2</sub> space of functions with the standard normal distribution as integration weight. Subsequently, we are able to apply the explainable ANOVA approximation for this basis and use <italic>Z</italic>-score transformed data in the method. We demonstrate the applicability of this procedure on the well-known forest fires dataset from the UCI machine learning repository. The attribute ranking obtained from the ANOVA approximation provides us with crucial information about which variables in the dataset are the most important for the detection of fires.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>ANOVA</kwd>
<kwd>high-dimensional</kwd>
<kwd>approximation</kwd>
<kwd>interpretability</kwd>
<kwd>normal distribution</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">ID 78-2021</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">Technische Universit&#x000E4;t Chemnitz<named-content content-type="fundref-id">10.13039/100009117</named-content></contract-sponsor>
<counts>
<fig-count count="5"/>
<table-count count="4"/>
<equation-count count="34"/>
<ref-count count="28"/>
<page-count count="8"/>
<word-count count="5069"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>In machine learning, the scale of our features is a key component in building models. When we work with data from applications, we have to accept it as it is. In most cases, we cannot control where the nodes are lying. Let us, e.g., take recommendations in online shopping. We are only able to analyze the customers that actually exist and what they bought in the shop. However, the features may lie on immensely different scales. If we measure, e.g., the time a customer spent in the shop in seconds, as well as their age in years, the result will be a scale that contains values with thousands of seconds and a scale ranging from up to 90 years. Bringing those features on similar scales trough normalization may significantly improve performance of our model.</p>
<p>Two common methods for data normalization are min-max-normalization and <italic>Z</italic>-score normalization, see, e.g.,[<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. The former method will yield data in the interval [0, 1] and is especially useful if there is an intrinsic upper and lower bound for the values, e.g., when considering age. If we come back to our previous example, the time a customer spends in the shop would be less suitable since the values may have a wide range and we will probably have very few people with a significantly small or large time. In this case, the Z-score normalization makes much more sense. It tells us how many standard deviations our value lies away from the mean of the data resulting in a distribution with zero mean and variance one.</p>
<p>The explainable ANOVA approximation method introduced in [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>] is based on the well-known multi-variate analysis of variance (ANOVA) decomposition, see, e.g,.,[<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], and relies on the existence of a complete orthonormal system in the space which is suitable for fast matrix-vector multiplication algorithms in grouped transformations, c.f.[<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. Until now, this method was always applied with min-max-normalization since it relied on the space <inline-formula><mml:math id="M1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of square-integrable functions over the cube with the half-period cosine basis. It is our goal to modify the approach in order to create the possibility to work with standard normal distributed data, i.e., data that has been obtained trough Z-score normalization.</p>
<p>We aim to achieve this by using the transformation ideas from [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] and [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] in order to construct a complete orthonormal system in the space</p>
<disp-formula id="E2"><label>(1)</label><mml:math id="M3"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mtext>L</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;:&#x000A0;=</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo> <mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo> <mml:mi>f</mml:mi> <mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>L</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow> </mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;:&#x000A0;=</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo> <mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold-italic'><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow> <mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold-italic' mathsize='normal'><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mstyle mathvariant='bold-italic'><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow> <mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with the probability density of the standard normal distribution</p>
<disp-formula id="E3"><label>(2)</label><mml:math id="M4"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>: =</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The cumulative distribution function of the standard normal distribution is given by</p>
<disp-formula id="E4"><label>(3)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>erf</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>(see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>) for visualization, with the error function defined as</p>
<disp-formula id="E5"><mml:math id="M6"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>erf</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Combining this transformation with the half-period cosine basis allows for fast multiplications in the grouped transformations and makes the ANOVA approximation method applicable for Z-score normalized data.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Cumulative distribution function &#x003A6; of the standard normal distribution from Equation (3).</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-08-795250-g0001.tif"/>
</fig>
<p>As an example, we apply this approach to a dataset about the detection of forest fires, see [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. Constructing a model with the capability of efficiently predicting the size of the fire in this dataset may provide a way of predicting the occurrences of fires. This creates the possibility of efficiently implementing appropriate counter-measures. In our time of climate change with massive forest fires every year, e.g., in Australia or the USA, this is an extremely current topic. With the interpretation capabilities of the ANOVA method, c.f.[<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], we are additionally able to explain the importance of our features and give reasonable explanation for the predictions.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Transformed Half-Period Cosine</title>
<p>In this section, it is our goal to construct a complete orthonormal system in the space <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from Equation (1) with the product density &#x003C9;(<italic><bold>x</bold></italic>) from Equation (2). This is the probability density function of the standard normal distribution, i.e., the normal distribution with zero mean and variance one. We have <inline-formula><mml:math id="M8"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, as well as <inline-formula><mml:math id="M9"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="qopname">sup</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> which implies <inline-formula><mml:math id="M10"><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>We aim to construct the basis using transformation ideas from [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] and the half-period cosine basis on <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The orthonormal basis functions on <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are given by</p>
<disp-formula id="E6"><label>(4)</label><mml:math id="M13"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">cos</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02115;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with ||<italic><bold>k</bold></italic>||<sub>0</sub> :&#x0003D; |supp <italic><bold>k</bold></italic>| for supp <italic><bold>k</bold></italic> :&#x0003D; {<italic>s</italic> &#x02208; {1, 2, &#x02026;, <italic>d</italic>}:<italic>k</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x02260; 0} and |supp <italic><bold>k</bold></italic>| the cardinality of supp <italic><bold>k</bold></italic>. We start from a given function <italic>f</italic>:&#x0211D;<sup><italic>d</italic></sup> &#x02192; &#x0211D;, <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and aim to transform it onto the cube [0, 1]<sup><italic>d</italic></sup>. As transformation from the interval [0, 1] to &#x0211D;, we apply the inverse cumulative distribution function &#x003A6;<sup>&#x02212;1</sup> in each variable to obtain</p>
<disp-formula id="E7"><label>(5)</label><mml:math id="M15"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with the inverse transformation being</p>
<disp-formula id="E8"><label>(6)</label><mml:math id="M16"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The transformation is related to inverse transform sampling, see, e.g.,[<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. As a result, we have the commutative diagram in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. This allows us to transform the half-period cosine to a complete orthonormal system on <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with the help of the following lemma.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Commutative diagram of the function and the transformations.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-08-795250-g0002.tif"/>
</fig>
<p><bold> Lemma 2.1</bold>. <italic>Let</italic> <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M19"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <italic>with probability density &#x003C9; from Equation (2), and transformation &#x003C8;, &#x003C8;<sup>&#x02212;1</sup> as in Equations (5) and (6), respectively. Then</italic></p>
<disp-formula id="E9"><mml:math id="M20"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>&#x02218;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x02218;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02218;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x02218;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>and subsequently</italic> <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x02218;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M22"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02218;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. Let <inline-formula><mml:math id="M23"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Then we insert the definition and perform a change of variables as follows</p>
<disp-formula id="E10"><mml:math id="M25"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>&#x02218;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x02218;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;d</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>t</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>t</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>t</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">det</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>t</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>t</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>As functional determinant we obtain <inline-formula><mml:math id="M26"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">det</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>t</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x0220F;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>er</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and subsequently</p>
<disp-formula id="E11"><mml:math id="M27"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>t</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">det</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>t</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>er</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>er</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This proves the first equality. For the second equality, we use an analogous procedure.</p>
<p>Lemma 2.1 is not surprising since we have based the transformation on the cumulative distribution function &#x003A6; from Equation (3). In the following, we obtain the new orthonormal system.</p>
<p><bold> Theorem 2.2</bold>. <italic>The functions</italic> <inline-formula><mml:math id="M28"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02115;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>with</italic></p>
<disp-formula id="E12"><label>(7)</label><mml:math id="M29"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>: =</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>cos</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02218;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>form a complete orthonormal system in</italic> <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. We have that &#x003A6; from Equation (3) is a bijection and Lemma 2.1 shows that <italic>f</italic>&#x021A6;<italic>f</italic> &#x02218; &#x003C8; <sup>&#x02212;1</sup> is an isometric isomorphism between <inline-formula><mml:math id="M31"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M32"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Now, an isometric isomorphism between two spaces maps an orthonormal basis in one space to an orthonormal basis in the other. We obtain that <inline-formula><mml:math id="M33"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02115;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is an orthonormal basis in <inline-formula><mml:math id="M34"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>In summary, we have constructed a complete orthonormal system <inline-formula><mml:math id="M35"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02115;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> on the weighted space <inline-formula><mml:math id="M36"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> using transformation ideas from [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] and the well-known half-period cosine basis <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>cos</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02115;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math id="M38"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The basis functions are visualized in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Transformed basis functions <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> for <italic>k</italic> &#x0003D; 1 (solid), <italic>k</italic> &#x0003D; 2 (dotted), and <italic>k</italic> &#x0003D; 3 (dashed), in one dimension.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-08-795250-g0003.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Interpretable ANOVA Approximation</title>
<p>In this section, we briefly summarize the interpretable ANOVA (analysis of variance) approximation method and the idea of grouped transformations, see [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. The approach was considered for periodic functions, but has been expanded to non-periodic functions in [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. In this paper, we focus on functions <italic>f</italic> : &#x0211D;<sup><italic>d</italic></sup> &#x02192; &#x0211D; from <inline-formula><mml:math id="M40"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with probability density &#x003C9; from Equation (2). Since &#x003C9; is the density of the standard normal distribution, this function space is of a high relevance. It allows us, e.g., to work with data from applications that has been <italic>Z</italic>-transformed, i.e., data with zero mean and variance one, see, e.g.,[<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. Since the transformed half-period cosine <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02115;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, see Theorem 2.2, is a complete orthonormal system in the space <inline-formula><mml:math id="M42"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we have</p>
<disp-formula id="E13"><label>(8)</label><mml:math id="M433"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02124;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and through Parseval&#x00027;s identity <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02124;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The classical ANOVA decomposition, c.f. [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], provides us with a unique decomposition in the frequency domain as shown in [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. We denote the set of coordinate indices with [<italic>d</italic>] &#x0003D; {1, 2, &#x02026;, <italic>d</italic>}. The ANOVA terms are defined as</p>
<disp-formula id="E14"><mml:math id="M45"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>: =</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02124;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">supp</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The function can then be uniquely decomposed as</p>
<disp-formula id="E133"><mml:math id="M43"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold-italic'><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold-italic'><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:munder accentunder='true'><mml:mo>&#x02282;</mml:mo><mml:mo>_</mml:mo></mml:munder><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mstyle mathvariant='bold-italic'><mml:mi>d</mml:mi></mml:mstyle> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mstyle mathvariant='bold-italic'><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold-italic'><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>into <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> ANOVA terms where <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the power set of [<italic>d</italic>]. Here, the exponentially growing number of terms shows an expression of the curse of dimensionality in the decomposition.</p>
<p>It is our goal to obtain information on how important the ANOVA terms <italic>f</italic><sub><italic><bold>u</bold></italic></sub> are with respect to the function <italic>f</italic>. In order to measure this, we define the variance of a function <italic>f</italic> as</p>
<disp-formula id="E16"><mml:math id="M49"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>: =</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02124;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>\</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Note that, we have the special case <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <italic><bold>u</bold></italic> &#x02286; [<italic>d</italic>]. The relative importance with respect to <italic>f</italic> is then measured via global sensitivity indices (GSI) or Sobol indices, see [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>], defined as</p>
<disp-formula id="E17"><label>(9)</label><mml:math id="M51"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>: =</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>From the GSI we get a motivation for the concept of effective dimensions, specifically the superposition dimension as one notion of effective dimension. For a given &#x003B1; &#x02208; [0, 1] it is defined as</p>
<disp-formula id="E18"><label>(10)</label><mml:math id="M52"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>sp</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>: =</mml:mo><mml:mo class="qopname">min</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02286;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The superposition dimension d<sup>(sp)</sup> tells us that we can explain the &#x003B1;-part of the variance of <italic>f</italic> by terms <italic>f</italic><sub><italic><bold>u</bold></italic></sub> with <italic><bold>u</bold></italic> &#x02264; d<sup>(sp)</sup>.</p>
<p>Using subsets of ANOVA terms <inline-formula><mml:math id="M53"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02286;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, it is our goal to find a way to circumvent the curse of dimensionality for efficient approximation. In order to achieve this, we aim to truncate the ANOVA decomposition by taking only the ANOVA terms in <italic>U</italic> into account. The truncated ANOVA decomposition is then defined as</p>
<disp-formula id="E19"><mml:math id="M54"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>A specific idea for the truncation comes from the superposition dimension d<sup>(sp)</sup> in Equation (10). The idea is to take only variable interactions into account that contain <italic>d</italic><sub><italic>s</italic></sub> or less variables, i.e., the subset of ANOVA terms is</p>
<disp-formula id="E20"><label>(11)</label><mml:math id="M55"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>: =</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02286;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here, we call <italic>d</italic><sub><italic>s</italic></sub> a superposition threshold. Since <italic>d</italic><sub><italic>s</italic></sub> does not necessarily have to coincide to the superposition dimension d<sup>(sp)</sup>, we call it <italic>superposition threshold</italic>. A well-known fact from learning theory is that the number of terms in <italic>U</italic>(<italic>d, d</italic><sub><italic>s</italic></sub>) grows only polynomially in <italic>d</italic> for fixed <italic>d</italic><sub><italic>s</italic></sub>&#x0003C;<italic>d</italic>, i.e.,</p>
<disp-formula id="E21"><mml:math id="M56"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>
<p>which has reduced the curse of dimensionality.</p>
<p>In the following, we argue why the truncation by a superposition threshold <italic>d</italic><sub><italic>s</italic></sub> works well in relevant cases. For the approximation of functions that belong to a space <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02286;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that characterizes the smoothness <italic>s</italic>&#x0003E;0 by the decay of the basis coefficients c<sub><italic><bold>k</bold></italic></sub>(<italic>f</italic>), we can show upper bounds on the superposition dimension d<sup>(sp)</sup> for &#x003B1; &#x02208; [0, 1], see, e.g.,[<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. In fact, there are types of smoothness that are proven to yield a low upper bound for the superposition dimension specifically dominating-mixed smoothness with POD (product and order-dependent) weights, c.f. [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>].</p>
<p>In terms of real data from applications, the situation is much different. Here, we cannot make the assumption that in complete generality we have a low superposition dimension. However, there are many application scenarios where numerical experiments successfully showed that this is indeed the case, see, e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. Since we generally do not have a-priori information, we work with low superposition thresholds <italic>d</italic><sub><italic>s</italic></sub> for truncation and validate on our test data.</p>
<sec>
<title>3.1. Approximation Procedure</title>
<p>In this section, we briefly discuss how the approximation is numerically obtained and how we can interpreted the results. In this section, we assume a given subset of ANOVA terms <inline-formula><mml:math id="M58"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02286;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This set may be equal to or a subset of <italic>U</italic>(<italic>d, d</italic><sub><italic>s</italic></sub>). We have given scattered data in the form of a set <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02286;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> of standard normal distributed nodes and values <italic><bold>y</bold></italic> &#x02208; &#x0211D;<sup><italic>M</italic></sup>, <italic>M</italic> &#x02208; &#x02115;. Moreover, we assume that there is an <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> function <italic>f</italic> of form Equation (8) with <italic>f</italic>(<italic><bold>x</bold></italic><sub><italic>i</italic></sub>) &#x02248; <italic>y</italic><sub><italic>i</italic></sub> which we want to approximate.</p>
<p>First, we truncate <italic>f</italic> to the set <italic>U</italic> such that <italic>f</italic>&#x02248;T<sub><italic>U</italic></sub><italic>f</italic>. However, there are still infinitely many coefficients and, therefore, we perform a truncation to partial sums on finite support index sets</p>
<disp-formula id="E22"><label>(12)</label><mml:math id="M61"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02205;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">and</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with order-dependent parameters <italic>N</italic><sub>|<italic><bold>u</bold></italic>|</sub> &#x02208; &#x02115;, |<italic><bold>u</bold></italic>| &#x0003D; 1, 2, &#x02026;, <italic>d</italic><sub><italic>s</italic></sub>, for every ANOVA term <italic>f</italic><sub><italic><bold>u</bold></italic></sub>, <italic><bold>u</bold></italic> &#x02208; <italic>U</italic>. Using the projections <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02115;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="normal"><mml:mi>c</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <italic><bold>u</bold></italic><sup><italic>c</italic></sup>: &#x0003D; [<italic>d</italic>]\<italic><bold>u</bold></italic>, we obtain</p>
<disp-formula id="E23"><mml:math id="M63"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Now, taking the union <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x022C3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> yields</p>
<disp-formula id="E24"><mml:math id="M65"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>However, the coefficients c<sub><italic><bold>k</bold></italic></sub>(<italic>f</italic>) are unknown and it is our goal to determine approximations to them. We aim to achieve this by solving the regularized least-squares problem</p>
<disp-formula id="E25"><label>(13)</label><mml:math id="M66"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>f</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">arg min</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>g</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>g</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>g</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>c.f. [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], with the basis matrix <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. For the approximate coefficients, we have <inline-formula><mml:math id="M68"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>c</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and we define the resulting approximation as</p>
<disp-formula id="E26"><mml:math id="M69"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>: =</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We solve problem Equation (13) using the iterative LSQR solver [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]. In order to apply LSQR, we rewrite Equation (13) by observing the equality</p>
<disp-formula id="E27"><label>(14)</label><mml:math id="M70"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>g</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>g</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>g</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with <bold>0</bold> the zero vector in <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <italic><bold>I</bold></italic> &#x02208; &#x0211D;<sup>|<italic>I</italic>(<italic>U</italic>)|, |<italic>I</italic>(<italic>U</italic>)|</sup> the identity matrix. Note that, we always have a unique solution in this case since the matrix</p>
<disp-formula id="E29"><mml:math id="M73"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>has full column rank. However, the solution depends on the regularization parameter &#x003BB;.</p>
<p>We apply the matrix-free variant of LSQR, i.e., we never explicitly construct the matrix <inline-formula><mml:math id="M74"><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The grouped transformations introduced in [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] provide <italic>oracle</italic> functions for the multiplications of <inline-formula><mml:math id="M75"><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and its transposed <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with vectors. For our specific basis functions <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>k</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>trafo</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> the grouped transformations are based on the non-equispaced fast cosine transform or NFCT, see [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. The transformation uses parallelization to separate our multiplication into smaller, up to <italic>d</italic><sub><italic>s</italic></sub>-dimensional NFCTs which results in an efficient algorithm. For more details we refer to [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>].</p>
<p>One key fact is that the nodes <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> have to be distributed according to the probability density &#x003C9; of the space such that the Moore&#x02013;Penrose inverse <inline-formula><mml:math id="M79"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02020;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is well-conditioned. In our case, &#x003C9; is the density of the standard normal distribution, i.e., the nodes <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> have to be distributed accordingly. For a detailed discussion on the properties of those matrices we refer to [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>] where our basis is a special case.</p>
<p>We use the global sensitivity indices <inline-formula><mml:math id="M81"><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <italic><bold>u</bold></italic>&#x02208;<italic>U</italic>, from the approximation <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to compute approximations for the global sensitivity indices &#x003F1;(<italic><bold>u</bold></italic>, <italic>f</italic>) of the function <italic>f</italic>. Here, we do not consider the index to be a good approximation if the values are close together, but rather if there order is identical, i.e., we have</p>
<disp-formula id="E30"><mml:math id="M83"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x021D2;</mml:mo><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for any pair <italic><bold>u</bold></italic><sub>1</sub>, <italic><bold>u</bold></italic><sub>2</sub> &#x02208; <italic>U</italic>. We assume that this is the case for our choices of index sets <inline-formula><mml:math id="M84"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In particular, the quality of the approximation corresponds to the accuracy of this assumption.</p>
<p>In order to rank the influence of the variables <italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>x</italic><sub>2</sub>, &#x02026;, <italic>x</italic><sub><italic>d</italic></sub> we use the ranking score</p>
<disp-formula id="E31"><label>(15)</label><mml:math id="M85"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtable columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>v</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>v</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>v</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>v</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>v</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>v</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>v</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>v</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2, &#x02026;, <italic>d</italic> which was introduced in [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. Note that this score has order-dependent weight and is normalized such that <inline-formula><mml:math id="M86"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Computing every score <italic>r</italic>(<italic>i</italic>), <italic>i</italic> &#x02208; [<italic>d</italic>] provides an attribute ranking with respect to <italic>U</italic> showing the percentage that every variable adds to the variance of the approximation. We then conclude that if we have a good approximation <inline-formula><mml:math id="M87"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the corresponding attribute ranking will be close to the attribute ranking of the function <italic>f</italic>.</p>
</sec>
<sec>
<title>3.2. Active Set</title>
<p>In this section, we describe how to obtain a set of ANOVA terms <italic>U</italic> for approximation. We are still working with the scattered data <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02286;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <italic><bold>y</bold></italic> &#x02208; &#x0211D;<sup><italic>M</italic></sup>, <italic>M</italic> &#x02208; &#x02115;. The values <italic><bold>y</bold></italic> may also contain noise. Our first step is to limit the variable interactions by a superposition threshold <italic>d</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x02208; [<italic>d</italic>] which may have been estimated by known smoothness properties (or different a-priori information) or set to a sensible value if nothing is known. It is also possible to determine an optimal value through cross-validation. We choose the order-dependent parameters <italic>N</italic><sub>|<italic><bold>u</bold></italic>|</sub>, |<italic><bold>u</bold></italic>| &#x0003D; 1, 2, &#x02026;, <italic>d</italic><sub><italic>s</italic></sub>, c.f. Equation (12), to obtain <inline-formula><mml:math id="M89"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and with the procedure described in Section 3.1, the approximation <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>From the approximation <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula> we can then calculate the global sensitivity indices <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <italic><bold>u</bold></italic> &#x02208; <italic>U</italic>(<italic>d, d</italic><sub><italic>s</italic></sub>), and an attribute ranking <italic>r</italic>(<italic>i</italic>), <italic>i</italic> &#x02208; [<italic>d</italic>], see Equation (15). Then we are able to apply the strategies proposed in [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>] to truncate terms from the set <italic>U</italic>(<italic>d, d</italic><sub><italic>s</italic></sub>).</p>
<p>One obvious method is the truncation of an entire variable <italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>i</italic> &#x02208; [<italic>d</italic>], if the attribute ranking <italic>r</italic>(<italic>i</italic>) shows that its influence is insignificant. Specifically, that would translate to an active set <inline-formula><mml:math id="M93"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mo>&#x02209;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This leads to a reduction in dimensionality of the problem and greatly simplifies our model.</p>
<p>A different method is <italic>active set thresholding</italic> where we chooses a threshold vector <inline-formula><mml:math id="M94"><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mtext>&#x003B5;</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and reduce the ANOVA terms to the set</p>
<disp-formula id="E32"><mml:math id="M95"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mtext>&#x003B5;</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>: =</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x003B5;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here, &#x003B5;<sub>|<italic><bold>u</bold></italic>|</sub> denotes the |<italic><bold>u</bold></italic>|th entry of the vector <bold>&#x003B5;</bold>. The parameter vector &#x003B5; allows control over how much of the variance may be sacrificed in order to simplify the model function.</p>
<p>In summary, it is necessary to interpret the information from the approximation <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula> and decide on strategies for truncating the set of ANOVA terms. One may also use different strategies to obtain an active set or any combination of the multiple approaches, see, e.g.,[<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. Of course, it is also possible to repeat the procedure multiple times, i.e., through cross-validation.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4. Forest Fire Prevention</title>
<p>We now apply the previously described method to the dataset [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] from the UC Irvine machine learning repository. The dataset contains information about forest fires in the Montesinho national park in the Tr&#x000E1;s-os-Montes northeast region of Portugal. The data was collect from 2002 to 2003. Specifically, we have <italic>d</italic> &#x0003D; 12 attributes about the fires and the target variable is the area of the forest that was destroyed by it. If we obtain an efficient model, it can be possible to predict the risk for a future forest fire using parameters that can be easily measured. This information can then be used to prepare appropriate countermeasures. The dataset has been thoroughly considered in [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] and we compare to the results they obtained. The authors considered several different methods: the naive average predictor (Naive), multiple regression (MR), decision tree (DT), random forest (RF), neural network (NN), and support vector machine (SVM).</p>
<p>We group the 12 attributes into 4 categories as in [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>], i.e., spatial, temporal, FWI system, and meteorological data, (see <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>). The spatial attributes describe the spatial location of the fire in a 9 by 9 grid of our considered region. The temporal attributes are the month of the year and the day of the week when the fire occurred. The forest fire weather index (FWI), c.f.[<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>], is the Canadian system for rating fire danger and the dataset collects several components of it, see also <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>. Moreover, four meteorological attributes which are used by the FWI index were selected. The target variable describes the area that was burned by the fire.</p>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>Attributes of the forest fires dataset and their corresponding groups.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>No</bold>.</th>
<th valign="top" align="left"><bold>Group</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Name</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Description</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">1</td>
<td valign="top" align="left">spatial (S)</td>
<td valign="top" align="left">X</td>
<td valign="top" align="left">x-coordinate (1 to 9)</td>
</tr>
<tr style="border-bottom: thin solid #000000;">
<td valign="top" align="left">2</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">Y</td>
<td valign="top" align="left">y-coordinate (1 to 9)</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">3</td>
<td valign="top" align="left">temporal (T)</td>
<td valign="top" align="left">month</td>
<td valign="top" align="left">month of the year (1 to 12)</td>
</tr>
<tr style="border-bottom: thin solid #000000;">
<td valign="top" align="left">4</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">day</td>
<td valign="top" align="left">day of the week (1 to 7)</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">5</td>
<td valign="top" align="left">FWI</td>
<td valign="top" align="left">FFMC</td>
<td valign="top" align="left">FFMC code</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">6</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">DMC</td>
<td valign="top" align="left">DMC code</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">7</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">DC</td>
<td valign="top" align="left">DC code</td>
</tr>
<tr style="border-bottom: thin solid #000000;">
<td valign="top" align="left">8</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">ISI</td>
<td valign="top" align="left">ISI index</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">9</td>
<td valign="top" align="left">meteorological (M)</td>
<td valign="top" align="left">temp</td>
<td valign="top" align="left">outside temperature in &#x000B0;C</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">10</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">RH</td>
<td valign="top" align="left">outside relative humidity in %</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">11</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">wind</td>
<td valign="top" align="left">outside wind speed in km/h</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">12</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">rain</td>
<td valign="top" align="left">outside rain in mm/m<sup>2</sup></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>Codes of the FWI with their base components from the weather data according to [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>].</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Name</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Components</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">Fine Fuel Moisture Code (FFMC)</td>
<td valign="top" align="left">temperature, relative humidity, wind, rain</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">Duff Moisture Code (DMC)</td>
<td valign="top" align="left">temperature, relative humidity, rain</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">Drought Code (DC)</td>
<td valign="top" align="left">temperature, rain</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">Initial Spread Index (ISI)</td>
<td valign="top" align="left">wind, FFMC</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>In terms of pre-processing, we apply a <italic>Z</italic>-score transformation to the variables and the logarithmic transformation log(1&#x0002B;&#x000B7;) to the burned area. The Z-score transformation achieves that our data has zero mean and unit variance. The logarithmic transformation on the target is opportune since it shows a positive skew with a large number of fires that have a small size. We denote the data <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02286;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <italic>M</italic> &#x0003D; 517, and <italic><bold>y</bold></italic> &#x02208; &#x0211D;<sup><italic>M</italic></sup>. In the following, we do not use all of the variables, but build models based only on some groups as denoted in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>, e.g., <bold>STM</bold> says that we use spatial, temporal, and meteorological attributes without the FWI.</p>
<p><xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref> shows the overall results of our experiment (ANOVA) combined with the benchmark data from [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. Each value, our ANOVA results, as well as the others, were obtained by averaging over executing a 10-fold cross-validation 30 times. This results in a total of 300 experiments. We used a superposition threshold of <italic>d</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x0003D; 2, c.f. Equation (11), and, therefore, needed to detect optimal choices for the parameters <italic>N</italic><sub>1</sub> and <italic>N</italic><sub>2</sub> from Equation (12), (see <xref ref-type="table" rid="T4">Table 4</xref>). Every experiment utilized 90% of the data as training set <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>train</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>train</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and 10% of the data as test set <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>test</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>test</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The best performing model was selected based on the mean absolute deviation</p>
<disp-formula id="E33"><label>(16)</label><mml:math id="M104"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>MAD</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>test</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>test</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>test</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with <inline-formula><mml:math id="M105"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> the predictions of our model for the data points in the test set <inline-formula><mml:math id="M106"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>test</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. As a second error measure, we use the root mean square error.</p>
<disp-formula id="E34"><label>(17)</label><mml:math id="M107"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>RMSE</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>test</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>test</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>test</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We are able to outperform the previously applied method for every subset of attributes in both MAD and RMSE error. Notably, the difference in the RMSE that penalizes larger deviations in the burned area stronger than the MAD is much more significant.</p>
<table-wrap position="float" id="T3">
<label>Table 3</label>
<caption><p>MAD and RMSE (in brackets) for the best performing model in the corresponding attribute subset (<underline>underline</underline>&#x02014;overall best result, bold&#x02014;best result for this selection).</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th/>
<th valign="top" align="center" colspan="4" style="border-bottom: thin solid #000000;"><bold>Attribute selection</bold></th>
</tr>
<tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Model</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>S T FWI</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>S T M</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>FWI</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>M</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">Naive</td>
<td valign="top" align="center">18.61 (63.7)</td>
<td valign="top" align="center">18.61 (63.7)</td>
<td valign="top" align="center">18.61 (63.7)</td>
<td valign="top" align="center">18.61 (63.7)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">MR</td>
<td valign="top" align="center">13.07 (64.5)</td>
<td valign="top" align="center">13.04 (64.4)</td>
<td valign="top" align="center">13.00 (64.5)</td>
<td valign="top" align="center">13.01 (64.5)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">DT</td>
<td valign="top" align="center">13.46 (64.4)</td>
<td valign="top" align="center">13.43 (64.6)</td>
<td valign="top" align="center">13.24 (64.4)</td>
<td valign="top" align="center">13.18 (64.5)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">RF</td>
<td valign="top" align="center">13.31 (64.3)</td>
<td valign="top" align="center">13.04 (64.5)</td>
<td valign="top" align="center">13.38 (64.0)</td>
<td valign="top" align="center">12.93 (64.4)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">NN</td>
<td valign="top" align="center">13.09 (64.5)</td>
<td valign="top" align="center">13.92 (68.9)</td>
<td valign="top" align="center">13.08 (64.6)</td>
<td valign="top" align="center">13.71 (66.9)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">SVM</td>
<td valign="top" align="center">13.07 (64.7)</td>
<td valign="top" align="center">13.13 (64.7)</td>
<td valign="top" align="center">12.86 (64.7)</td>
<td valign="top" align="center">12.71 (64.7)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">ANOVA</td>
<td valign="top" align="center"><bold>12.75</bold> (<bold>45.77</bold>)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>12.81</bold> (<bold>46.7</bold>)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>12.76</bold> (<bold>46.09</bold>)</td>
<td valign="top" align="center"><underline>12.65</underline> (<underline>45.69</underline>)</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn id="TN1"><p><italic>The applied methods are the naive average predictor (Naive), multiple regression (MR), decision tree (DT), random forest (RF), neural network (NN), and support vector machine (SVM) from [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. Our method is denoted with ANOVA</italic>.</p></fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<table-wrap position="float" id="T4">
<label>Table 4</label>
<caption><p>Optimal parameter choices for the experiments from <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Attribute selection</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic><sub>1</sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic><sub>2</sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><inline-formula><mml:math id="M97"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mstyle></mml:math></inline-formula></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>&#x003BB;</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">S T FWI</td>
<td valign="top" align="center">2</td>
<td valign="top" align="center">6</td>
<td valign="top" align="center">149</td>
<td valign="top" align="center">e<sup>9</sup></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">S T M</td>
<td valign="top" align="center">2</td>
<td valign="top" align="center">10</td>
<td valign="top" align="center">261</td>
<td valign="top" align="center">e<sup>10</sup></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">FWI</td>
<td valign="top" align="center">2</td>
<td valign="top" align="center">4</td>
<td valign="top" align="center">23</td>
<td valign="top" align="center">e<sup>8</sup></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">M</td>
<td valign="top" align="center">2</td>
<td valign="top" align="center">8</td>
<td valign="top" align="center">47</td>
<td valign="top" align="center">e<sup>7</sup></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>While we replicated the setting of [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] for benchmark purposes, it remains our goal to identify the most important attributes for the detection of forest fires. Therefore, we now use all 12 attributes of the dataset in obtaining our approximation and subsequently interpret the results. <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> shows the attribute ranking <italic>r</italic>(<italic>i</italic>), <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2, &#x02026;, 12, and <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> the global sensitivity indices <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>train</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <italic><bold>u</bold></italic> &#x02208; <italic>U</italic>(12, 2), after computing for an approximation with <italic>N</italic><sub>1</sub> &#x0003D; <italic>N</italic><sub>2</sub> &#x0003D; 2 and &#x003BB; &#x0003D; 1.0.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Attribute ranking <italic>r</italic>(<italic>i</italic>), <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2, &#x02026;, 12, of the approximation with all twelve attributes using <italic>N</italic><sub>1</sub> &#x0003D; <italic>N</italic><sub>2</sub> &#x0003D; 2 and &#x003BB; &#x0003D; 1.0.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-08-795250-g0004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Global sensitivity indices <inline-formula><mml:math id="M98"><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>train</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, of the approximation with all twelve attributes using <italic>N</italic><sub>1</sub> &#x0003D; <italic>N</italic><sub>2</sub> &#x0003D; 2 and &#x003BB; &#x0003D; 1.0 (sorted). The green indices belong to sets <italic><bold>u</bold></italic> such that &#x02203;<italic>s</italic> &#x02208; {3, 7, 9} with <italic>s</italic> &#x02208; <italic><bold>u</bold></italic>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-08-795250-g0005.tif"/>
</fig>
<p>The attributes 3, 7, and 9 are clearly the most important. They represent the month of the year (3), the DC code of the FWI (7), and the outside temperature (9). Using only these three attributes and superposition threshold <italic>d</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x0003D; 2, we computed an approximation with <italic>N</italic><sub>1</sub> &#x0003D; 2, <italic>N</italic><sub>2</sub> &#x0003D; 10, and &#x003BB; &#x0003D; e<sup>8</sup>. The resulting model yielded an MAD of 12.64 and an RMSE of 45.57 with 30 times of 10-fold cross validation as before. In summary, we know that the most important information of our problem is contained in only three attributes and we also obtained a better performing model using only those three attributes.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability" id="s5">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/supplementary material, further inquiries can be directed to the corresponding author/s.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>Author Contributions</title>
<p>Both authors listed have made a substantial, direct, and intellectual contribution to the work and approved it for publication.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s7">
<title>Funding</title>
<p>DP acknowledges funding by Deutsche Forschungsgemeinschaft (German Research Foundation)&#x02014;Project&#x02013;ID 416228727&#x02014;SFB 1410. MS was supported by the German Federal Ministry of Education and Research grant 01|S20053A. The publication of this article was funded by Chemnitz University of Technology.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s8">
<title>Publisher&#x00027;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec> </body>
<back>
<ack><p>The authors thank their colleagues in the research group SAlE for valuable discussions on the contents of this paper. Moreover, we thank the reviewers for their valuable comments and suggestions.</p>
</ack>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hastie</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Tibshirani</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Friedman</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <source>The Elements of Statistical Learning - Data Mining, Inference, and Prediction.</source> <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2013</year>).<pub-id pub-id-type="pmid">19443179</pub-id></citation></ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Potts</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Schmischke</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Approximation of high-dimensional periodic functions with Fourier-based methods</article-title>. <source>SIAM J Numer Anal.</source> (<year>2021</year>) <volume>59</volume>:<fpage>2393</fpage>&#x02013;<lpage>429</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/20M1354921</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Potts</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Schmischke</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Learning multivariate functions with low-dimensional structures using polynomial bases</article-title>. <source>J Comput Appl Math.</source> (<year>2022</year>) <volume>403</volume>:<fpage>113821</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cam.2021.113821</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Potts</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Schmischke</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Interpretable approximation of high-dimensional data</article-title>. <source>SIAM J Math Data Sci.</source> (<year>2021</year>) <volume>3</volume>:<fpage>1301</fpage>&#x02013;<lpage>23</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/21M1407707</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Caflisch</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Morokoff</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Owen</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Valuation of mortgage-backed securities using Brownian bridges to reduce effective dimension</article-title>. <source>J Comput Finance.</source> (<year>1997</year>) <volume>1</volume>:<fpage>27</fpage>&#x02013;<lpage>46</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rabitz</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>F Alis</surname> <given-names>O</given-names></name></person-group>. <article-title>General foundations of high dimensional model representations</article-title>. <source>J Math Chem.</source> (<year>1999</year>) <volume>25</volume>:<fpage>197</fpage>&#x02013;<lpage>233</lpage>.<pub-id pub-id-type="pmid">12632480</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liu</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Owen</surname> <given-names>AB</given-names></name></person-group>. <article-title>Estimating mean dimensionality of analysis of variance decompositions</article-title>. <source>J Amer Statist Assoc.</source> (<year>2006</year>) <volume>101</volume>:<fpage>712</fpage>&#x02013;<lpage>21</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1198/016214505000001410</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kuo</surname> <given-names>FY</given-names></name> <name><surname>Sloan</surname> <given-names>IH</given-names></name> <name><surname>Wasilkowski</surname> <given-names>GW</given-names></name> <name><surname>Wo&#x0017A;niakowski</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>On decompositions of multivariate functions</article-title>. <source>Math Comput.</source> (<year>2009</year>) <volume>79</volume>:<fpage>953</fpage>&#x02013;<lpage>66</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/S0025-5718-09-02319-9</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Holtz</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Sparse grid quadrature in high dimensions with applications in finance and insurance, In: <italic>Lecture Notes in Computational Science and Engineering</italic></article-title>. Vol. 77. Berlin; Heidelberg: Springer (<year>2011</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Owen</surname> <given-names>AB</given-names></name></person-group>. <article-title>Monte Carlo theory, methods and examples</article-title>. (<year>2013</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://artowen.su.domains/mc/">https://artowen.su.domains/mc/</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bartel</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Potts</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Schmischke</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Grouped transformations in high-dimensional explainable ANOVA approximation</article-title>. <source>SIAM J Sci Comput.</source> (<year>2022</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://arxiv.org/abs/2010.10199">https://arxiv.org/abs/2010.10199</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nichols</surname> <given-names>JA</given-names></name> <name><surname>Kuo</surname> <given-names>FY</given-names></name></person-group>. <article-title>Fast CBC construction of randomly shifted lattice rules achieving <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> convergence for unbounded integrands over &#x0211D;<sup><italic>s</italic></sup> in weighted spaces with POD weights</article-title>. <source>J Complex.</source> (<year>2014</year>) <volume>30</volume>:<fpage>444</fpage>&#x02013;<lpage>68</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jco.2014.02.004</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nasdala</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Potts</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Transformed rank-1 lattices for high-dimensional approximation</article-title>. <source>Electron Trans Numer Anal.</source> (<year>2020</year>) <volume>53</volume>:<fpage>239</fpage>&#x02013;<lpage>82</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1553/etna_vol53s239</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32672529</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Forest</surname> <given-names>Fires</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>UCI Machine Learning Repository</article-title>. Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://archive-beta.ics.uci.edu/ml/datasets/forest&#x0002B;fires">https://archive-beta.ics.uci.edu/ml/datasets/forest&#x0002B;fires</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cortez</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Morais</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>A data mining approach to predict forest fires using meteorological data</article-title>. In: <source>New Trends in Artificial Intelligence, 13th EPIA 2007 - Portuguese Conference on Artificial Intelligence.</source> <publisher-loc>Guimar&#x000E3;es</publisher-loc>: <publisher-name>APPIA</publisher-name> (<year>2007</year>). p. <fpage>512</fpage>&#x02013;<lpage>23</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>H&#x000F6;rmann</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <source>Automatic Nonuniform Random Variate Generation.</source> <publisher-loc>Berlin</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2004</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sobol</surname> <given-names>IM</given-names></name></person-group>. <article-title>On sensitivity estimation for nonlinear mathematical models</article-title>. <source>Matem Mod.</source> (<year>1990</year>) 2: <fpage>112</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sobol</surname> <given-names>IM</given-names></name></person-group>. <article-title>Global sensitivity indices for nonlinear mathematical models and their Monte Carlo estimates</article-title>. <source>Math Comput Simulat.</source> (<year>2001</year>) <volume>55</volume>:<fpage>271</fpage>&#x02013;<lpage>280</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0378-4754(00)00270-6</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kuo</surname> <given-names>FY</given-names></name> <name><surname>Schwab</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Sloan</surname> <given-names>IH</given-names></name></person-group>. <article-title>Quasi-Monte Carlo finite element methods for a class of elliptic partial differential equations with random coefficients</article-title>. <source>SIAM J Numer Anal.</source> (<year>2012</year>) <volume>50</volume>:<fpage>3351</fpage>&#x02013;<lpage>74</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/110845537</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Graham</surname> <given-names>IG</given-names></name> <name><surname>Kuo</surname> <given-names>FY</given-names></name> <name><surname>Nichols</surname> <given-names>JA</given-names></name> <name><surname>Scheichl</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Schwab</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Sloan</surname> <given-names>IH</given-names></name></person-group>. <article-title>Quasi-Monte Carlo finite element methods for elliptic PDEs with lognormal random coefficients</article-title>. <source>Numer Math.</source> (<year>2014</year>) <volume>131</volume>:<fpage>329</fpage>&#x02013;<lpage>68</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00211-014-0689-y</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kuo</surname> <given-names>FY</given-names></name> <name><surname>Nuyens</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Application of Quasi-Monte Carlo methods to elliptic PDEs with random diffusion coefficients: a survey of analysis and implementation</article-title>. <source>Found Comput Math.</source> (<year>2016</year>) <volume>16</volume>:<fpage>1631</fpage>&#x02013;<lpage>96</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10208-016-9329-5</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Graham</surname> <given-names>IG</given-names></name> <name><surname>Kuo</surname> <given-names>FY</given-names></name> <name><surname>Nuyens</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Scheichl</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Sloan</surname> <given-names>IH</given-names></name></person-group>. <article-title>Circulant embedding with QMC: analysis for elliptic PDE with lognormal coefficients</article-title>. <source>Numer Math.</source> (<year>2018</year>) <volume>140</volume>:<fpage>479</fpage>&#x02013;<lpage>511</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00211-018-0968-0</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30220739</pub-id></citation></ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Paige</surname> <given-names>CC</given-names></name> <name><surname>Saunders</surname> <given-names>MA</given-names></name></person-group>. <article-title>LSQR: an algorithm for sparse linear equations and sparse least squares</article-title>. <source>ACM Trans Math Softw.</source> (<year>1982</year>) <volume>8</volume>:<fpage>43</fpage>&#x02013;<lpage>71</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Keiner</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Kunis</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Potts</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Using NFFT3 - a software library for various nonequispaced fast Fourier transforms</article-title>. <source>ACM Trans Math Softw.</source> (<year>2009</year>) <volume>36</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>30</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/1555386.1555388</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Plonka</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Potts</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Steidl</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Tasche</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Numerical Fourier Analysis</article-title>. In: <source>Applied and Numerical Harmonic Analysis.</source> <publisher-loc>Cham</publisher-loc>: <publisher-name>Birkh&#x000E4;user</publisher-name> (<year>2018</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>K&#x000E4;mmerer</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Ullrich</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Volkmer</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Worst case recovery guarantees for least squares approximation using random samples</article-title>. <source>Constr Approx.</source> (<year>2021</year>) <volume>54</volume>:<fpage>295</fpage>&#x02013;<lpage>352</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00365-021-09555-0</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Moeller</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Ullrich</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. L<sub>2</sub>-norm sampling discretization and recovery of functions from RKHS with finite trace. <source>Sampl Theory Sign Process Data Anal.</source> (<year>2021</year>) <volume>19</volume>:<fpage>13</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s43670-021-00013-3</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Taylor</surname> <given-names>SW</given-names></name> <name><surname>Alexander</surname> <given-names>ME</given-names></name></person-group>. <article-title>Science, technology, and human factors in fire danger rating: the Canadian experience</article-title>. <source>Int J Wildland Fire.</source> (<year>2006</year>) <volume>15</volume>:<fpage>121</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1071/WF05021</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28948418</pub-id></citation></ref>
</ref-list> 
</back>
</article> 