High dimensional sampling is an important computational tool in statistics and other computational disciplines, with applications ranging from Bayesian statistical uncertainty quantification, metabolic modeling in systems biology to volume computation. We present $\textsf{PolytopeWalk}$, a new scalable Python library designed for uniform sampling over polytopes. The library provides an end-to-end solution, which includes preprocessing algorithms such as facial reduction and initialization methods. Six state-of-the-art MCMC algorithms on polytopes are implemented, including the Dikin, Vaidya, and John Walk. Additionally, we introduce novel sparse constrained formulations of these algorithms, enabling efficient sampling from sparse polytopes of the form $K_2 = \{x \in \mathbb{R}^d \ | \ Ax = b, x \succeq_k 0\}$. This implementation maintains sparsity in $A$, ensuring scalability to high dimensional settings $(d > 10^5)$. We demonstrate the improved sampling efficiency and per-iteration cost on both Netlib datasets and structured polytopes. $\textsf{PolytopeWalk}$ is available at github.com/ethz-randomwalk/polytopewalk with documentation at polytopewalk.readthedocs.io .


翻译:高维采样是统计学及其他计算学科中的重要计算工具,其应用范围涵盖贝叶斯统计不确定性量化、系统生物学中的代谢建模乃至体积计算。本文提出 $\textsf{PolytopeWalk}$,一个专为多胞形上均匀采样设计的新型可扩展Python库。该库提供端到端解决方案,包含面部约简与初始化方法等预处理算法。库中实现了六种多胞形上的前沿MCMC算法,包括Dikin Walk、Vaidya Walk与John Walk。此外,我们提出了这些算法的新型稀疏约束形式,使其能够高效采样形如 $K_2 = \{x \in \mathbb{R}^d \ | \ Ax = b, x \succeq_k 0\}$ 的稀疏多胞形。该实现保持了矩阵 $A$ 的稀疏性,确保算法可扩展至高维场景 $(d > 10^5)$。我们在Netlib数据集与结构化多胞形上验证了其提升的采样效率与单次迭代计算成本。$\textsf{PolytopeWalk}$ 可通过 github.com/ethz-randomwalk/polytopewalk 获取,文档位于 polytopewalk.readthedocs.io。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
70+阅读 · 2022年6月30日
Arxiv
13+阅读 · 2022年4月30日
Arxiv
35+阅读 · 2021年1月27日
Image Segmentation Using Deep Learning: A Survey
Arxiv
47+阅读 · 2020年1月15日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员