We prove that black-box variational inference (BBVI) with control variates, particularly the sticking-the-landing (STL) estimator, converges at a geometric (traditionally called "linear") rate under perfect variational family specification. In particular, we prove a quadratic bound on the gradient variance of the STL estimator, one which encompasses misspecified variational families. Combined with previous works on the quadratic variance condition, this directly implies convergence of BBVI with the use of projected stochastic gradient descent. For the projection operator, we consider a domain with triangular scale matrices, which the projection onto is computable in $\Theta(d)$ time, where $d$ is the dimensionality of the target posterior. We also improve existing analysis on the regular closed-form entropy gradient estimators, which enables comparison against the STL estimator, providing explicit non-asymptotic complexity guarantees for both.


翻译:我们证明了带有控制变量的黑箱变分推断(BBVI),特别是“着陆”(STL)估计器,在完美变分族设定下以几何(传统上称为“线性”)速率收敛。具体而言,我们证明了STL估计器梯度方差的二次上界,该上界涵盖了误设的变分族。结合先前关于二次方差条件的研究,这直接表明使用投影随机梯度下降的BBVI具有收敛性。对于投影算子,我们考虑了一个具有三角尺度矩阵的域,其上的投影可在$\Theta(d)$时间内计算,其中$d$为目标后验的维度。我们还改进了现有关于正则闭式熵梯度估计器的分析,从而能够与STL估计器进行比较,并为两者提供明确的非渐近复杂度保证。

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