×

贝叶斯反演的非静态多层高斯先验。 (英语) Zbl 1457.60097号

摘要:在本文中,我们研究具有多层高斯先验的贝叶斯反问题。多层层次先验的目的是提供足够的复杂性结构,以同时考虑平滑和边缘保持特性。我们首先用随机偏微分方程组来描述条件高斯层。然后,我们使用有限维Galerkin方法建立了计算推理方法。我们证明了该近似对原始多层模型的解具有收敛性。然后,我们使用预处理的Crank-Nicolson算法进行贝叶斯推理,该算法经过修改,可用于多层高斯场。我们通过信号反褶积和计算机x射线层析成像问题的数值实验表明,该方法可以同时提供平滑和边缘保持。

MSC公司:

60甲15 随机偏微分方程(随机分析方面)
62M99型 随机过程推断
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Kaipio J和Somersalo E 2004统计和计算反问题(柏林:Springer)
[2] Rasmussen C E和Williams C K I 2005机器学习高斯过程(马萨诸塞州剑桥:麻省理工学院出版社)·doi:10.7551/mitpress/3206.001.0001
[3] Heaton M J等人2018年大型空间数据分析方法之间的案例研究竞争。农业杂志。生物与环境。统计数据24 398-425·Zbl 1426.62345号 ·doi:10.1007/s13253-018-00348-w
[4] Paciorek C J和Schervish M J 2004高斯过程回归的非平稳协方差函数Adv.Neur。信息处理。系统。273-80
[5] Fuglstad G-A、Simpson D、Lindgren F和Rue H 2015非平稳空间数据总是需要非平稳随机场吗?小争吵。统计14 505-31·doi:10.1016/j.spasta.2015.10.001
[6] Paciorek C J 2003回归和空间建模的非平稳高斯过程博士论文
[7] 高级Neur中的Snelson E、Ghahramani Z和Rasmussen C E 2004翘曲高斯过程。信息处理。系统。337-44年
[8] Sampson P D和Guttorp P 1992非平稳空间协方差结构的非参数估计美国统计协会87 108-19·doi:10.1080/01621459.1992.10475181
[9] Green P J 1995可逆跳跃马尔可夫链蒙特卡罗计算和贝叶斯模型确定生物特征82 711-32·Zbl 0861.62023号 ·doi:10.1093/biomet/82.4.711
[10] Ray A和Myer D 2019贝叶斯地球物理反演与跨维高斯过程机器学习地球物理。国际期刊217 1706-26·doi:10.1093/gji/ggz111
[11] Lindgren F,Rue H和Lindström J 2011高斯场和高斯马尔可夫随机场之间的明确联系:随机偏微分方程方法J.Roy。统计Soc.B 73 423-98·Zbl 1274.62360号 ·文件编号:10.1111/j.1467-9868.2011.00777.x
[12] Roininen L、Giromia M、Lasanen S和Markkanen M 2019 Matérn场超验函数及其在贝叶斯反演反问题成像中的应用13 1-29·Zbl 1454.60068号 ·doi:10.3934/ipi.2019001
[13] Monterrubio-Gómez K、Roininen L、Wade S、Damoulas T和Girolma M 2020稀疏层次非平稳模型的后验推断计算。统计数据分析148 106954·兹比尔1510.62068 ·doi:10.1016/j.csda.2020.106954
[14] Damianou A C和Lawrence N D 2013深高斯过程(人工智能和统计)第207-15页
[15] Duvenaud D、Rippel O、Adams R P和Ghahramani Z 2014《在深度网络中避免病理——人工智能和统计》第202-10页
[16] Dunlop M M、Girolam M A、Stuart A M和Teckentrup A L 2018深高斯过程有多深?J.马赫。学习。决议19 1-46·Zbl 1469.60107号
[17] Stuart A M 2010逆向问题:贝叶斯视角的《数值学报》19 451-559·Zbl 1242.65142号 ·doi:10.1017/s0962492910000061
[18] Dashti M和Stuart A M 2017反问题贝叶斯方法不确定性量化手册(柏林:施普林格国际出版公司)第311-428页·doi:10.1007/978-3-319-12385-17
[19] Cotter S L、Roberts G O、Stuart A M和White D 2013函数MCMC方法:修改旧算法使其更快统计科学28 424-46·Zbl 1331.62132号 ·doi:10.1214/13-sts421
[20] 法律K J H 2014加快功能空间MCMC J.Compute的提案。申请。数学.262 127-38·Zbl 1301.65004号 ·doi:10.1016/j.cam.2013.07.026
[21] Beskos A,Girolami M,Lan S,Farrell P E和Stuart A M 2017无限维逆问题的几何MCMC J.Comput。物理335 327-51·Zbl 1375.35627号 ·doi:10.1016/j.jcp.2016.12.041
[22] Rudolf D和Sprungk B 2018关于预处理Crank-Nicolson Metropolis算法的推广。计算。数学18 309-43·Zbl 1391.60169号 ·doi:10.1007/s10208-016-9340-x
[23] Hairer M、Stuart A M和Vollmer S J 2014无限维Metropolis-Hastings算法的光谱间隙Ann.Appl。大约24 2455-90·兹比尔1307.65002 ·doi:10.1214/13-aap982
[24] Chen V、Dunlop M M、Papaspiliopoulos O和Stuart A M 2018贝叶斯反问题中的尺寸鲁棒MCMC(arXiv 1803.03344)
[25] Papaspiliopoulos O、Roberts G O和Sköld M 2007层次模型参数化的一般框架Stat.Sci.22 59-73·Zbl 1246.62195号 ·doi:10.1214/0883423070000014
[26] Hu Z,Yao Z和Li J 2017关于无限维贝叶斯推理的自适应预处理Crank-Nicolson MCMC算法J.Compute。物理332 492-503·Zbl 1380.65011号 ·doi:10.1016/j.jcp.2016.11.024
[27] Bernardo J M和Smith A F M 2000贝叶斯理论(纽约:Wiley)·兹比尔0943.62009
[28] Emzir M、Lasanen S、Purisha Z和SärkkäS 2019深高斯过程的希尔伯特空间缩减库方法。IEEE信号处理机器学习国际研讨会(MLSP)·doi:10.1109/MLSP.2019.8918874
[29] Solin A和SärkkäS 2019降秩高斯过程回归统计计算的希尔伯特空间方法30 419-46·Zbl 1436.62316号 ·数字对象标识代码:10.1007/s11222-019-09886-w
[30] Blei D M、Kucukelbir A和McAuliffe J D 2017变量推断:对美国统计协会统计学家的评论。112 859-77·doi:10.1080/01621459.2017.1285773
[31] Beal M J 2003近似贝叶斯推理的变分算法伦敦大学博士论文
[32] Wang Y和Blei D M 2018 Bayes J.Am.Stat.Assoc.114 1147-61变量的频繁一致性·Zbl 1428.62119号 ·doi:10.1080/01621459.2018.1473776
[33] Pinski F J、Simpson G、Stuart A M和Weber H 2015无限维概率测度的Kullback-Leibler近似算法SIAM J.Sci。计算37 A2733-57·Zbl 1348.60033号 ·数字对象标识码:10.1137/14098171x
[34] Pinski F J、Simpson G、Stuart A M和Weber H 2015无限维空间上概率测度的Kullback-Leibler近似SIAM J.Math。分析47 4091-122·Zbl 1342.60049号 ·doi:10.1137/140962802
[35] Arridge S、Maass P、Øktem O和Schönlieb C-B 2019使用数据驱动模型Acta Numer.28 1-174解决反问题·Zbl 1429.65116号 ·doi:10.1017/0962492919000059
[36] Nawaz M A 2019地球物理数据的有效概率反演博士论文
[37] Lassas M和Siltanen S 2004可以使用总变差先验进行保边贝叶斯反演吗?反问题20 1537-63·Zbl 1062.62260号 ·doi:10.1088/0266-5611/20/5/013
[38] Kaipio J和Somersalo E 2007统计反问题:离散化、模型简化和反犯罪J计算。申请。数学198 493-504·Zbl 1101.65008号 ·doi:10.1016/j.cam.2005.09.027
[39] Natterer F 2001计算机层析成像的数学(应用数学经典)(宾夕法尼亚州费城:SIAM:工业和应用数学学会)·Zbl 0973.92020号 ·doi:10.1137/1.9780898719284
[40] Tarantola A 2005模型参数估计反问题理论和方法(宾夕法尼亚州费城:工业和应用数学学会)·Zbl 1074.65013号 ·数字对象标识代码:10.1137/1.9780898717921
[41] Li D、Svensson J、Thomsen H、Medina F、Werner A和Wolf R 2013使用非平稳高斯过程的贝叶斯软x射线层析成像。仪器84 083506·doi:10.1063/1.4817591
[42] Plagemann C、Kersting K和Burgard W 2008使用局部平滑度的点估计进行非平稳高斯过程回归机器学习和数据库知识发现欧洲会议,ECML PKDD 2008 Proc。,第二部分(2008年9月15日至19日,比利时安特卫普)·doi:10.1007/978-3-540-87481-2_14
[43] Purisha Z、Jidling C、Wahlström N、SchöN T B和SärkkäS 2019有限数据CT重建的概率方法逆问题35 105004·Zbl 1480.94008号 ·doi:10.1088/1361-6420/ab2e2a
[44] Frese T、Bouman C A和Sauer K 2002贝叶斯层析重建的自适应小波图模型IEEE Trans。图像处理11 756-70·doi:10.1109/tip.2002.801586
[45] Chen Y,Li Y,Yu W,Luo L,Chen W和Toumoulin C 2011使用基于斑块相似性的混合先验模型多尺度模型进行Joint-MAP断层重建。模拟9 1399-419·Zbl 1244.94005号 ·数字对象标识代码:10.1137/100814184
[46] Antun V、Renna F、Poon C、Adcock B和Hansen A C 2020关于图像重建中深度学习的不稳定性和AI Proc的潜在成本。美国国家科学院。科学。美国201907377·doi:10.1073/pnas.1907377117
[47] Evans L C 2014随机微分方程简介(普罗维登斯,RI:美国数学学会)
[48] Lasanen S、Roininen L和Huttunen J M J 2018高斯白噪声载荷下的椭圆边值问题Stoch。过程。他们的申请128 3607-27·Zbl 1408.60051号 ·doi:10.1016/j.spa.2017.11.007
[49] Brenner S C和Scott L R 2008有限元方法的数学理论(应用数学教材,第5卷)第3版(纽约:Springer)·Zbl 1135.65042号 ·数字对象标识代码:10.1007/978-0-387-75934-0
[50] Bogachev V I 2018度量的弱收敛(数学调查和专著,第34卷)(普罗维登斯,RI:美国数学学会)·Zbl 1412.60003号 ·doi:10.1090/surv/234
[51] Kallenberg O 2002现代概率论基础(概率及其应用(纽约))第二版(纽约:施普林格)·兹比尔0996.60001 ·doi:10.1007/978-1-4757-4015-8
[52] Rudin W 1976数学分析原理(国际纯数学和应用数学系列,第39卷)(纽约:McGraw-Hill)·Zbl 0346.26002号
[53] Marcus M B和Rosen J 2006马尔可夫过程、高斯过程和当地时间(剑桥高等数学研究,第100卷)(剑桥:剑桥大学出版社)·Zbl 1129.60002号 ·doi:10.1017/CBO9780511617997
[54] Bogachev V I 1998高斯度量(数学调查和专著,第2卷)(普罗维登斯,RI:美国数学学会)·Zbl 0913.60035号 ·doi:10.1090/surv/062
[55] Lasanen S 2012非高斯统计反问题。第二部分:近似未知逆问题成像的后收敛性6 267-87·Zbl 1263.62042号 ·doi:10.3934/ipi.2012.6.267
[56] Dong K、Eriksson D、Nickisch H、Bindel D和Wilson A G,2017高斯过程核学习的可缩放对数行列式神经信息处理系统进展6327-37
[57] Yu Y和Meng X-L 2011集中与否:这不是问题所在——提高MCMC效率的辅助充分交织战略(ASIS)J.Comp.&图表。统计数据20 531-70·doi:10.1198/jcgs.2011.203主要
[58] Gamerman H F L D 2006 Markov Chain Monte Carlo(伦敦:Taylor&Francis Inc)·doi:10.1201/9781482296426
[59] Wendland H 2017数值线性代数(剑桥:剑桥大学出版社)·Zbl 1386.65004号 ·数字标识代码:10.1017/9781316544938
[60] Cui T、Law K J H和Marzouk Y M,2016年1月,独立维度,类似于MCMC J.Compute。物理304 109-37·Zbl 1349.65009号 ·doi:10.1016/j.jcp.2015.10.008
[61] Buzug T 2008计算机断层扫描术(柏林:Springer GmbH)
[62] Kak A C和Slaney M 2001计算机断层成像原理(宾夕法尼亚州费城:工业和应用数学学会)·Zbl 0984.92017号 ·数字对象标识代码:10.1137/1.9780898719277
[63] Deans S R 1983氡变换及其应用(纽约:Wiley)·Zbl 0561.44001号
[64] Okuta R、Unno Y、Nishino D、Hido S和Loomis C 2017 CuPy:NVIDIA GPU计算程序的NumPy兼容库。17年MM月。第25届ACM多媒体国际会议1217-20
[65] van der Walt S、Schönberger J L、Nunez-Iglesias J、Boulogne F、Warner J D、Yager N、Gouillart E和Yu T 2014科学图像:Python PeerJ2 e453中的图像处理·doi:10.7717/peerj.453
[66] Mueller J和Siltanen S 2012线性和非线性反问题及其实际应用(费城:工业和应用数学学会)·Zbl 1262.65124号 ·doi:10.1137/1.9781611972344
[67] Suuronen J、Emzir M、Lasanen S、SärkkäS和Roininen L 2020通过以数据为中心的统计方法增强工业X射线层析成像数据中心工程1 e10·doi:10.1017/dce.2020.10
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。