A Bernoulli factory is an algorithmic procedure for exact sampling of certain random variables having only Bernoulli access to their parameters. Bernoulli access to a parameter $p \in [0,1]$ means the algorithm does not know $p$, but has sample access to independent draws of a Bernoulli random variable with mean equal to $p$. In this paper, we study the problem of Bernoulli factories for polytopes: given Bernoulli access to a vector $x\in P$ for a given polytope $P\subset [0,1]^n$, output a randomized vertex such that the expected value of the $i$-th coordinate is \emph{exactly} equal to $x_i$. For example, for the special case of the perfect matching polytope, one is given Bernoulli access to the entries of a doubly stochastic matrix $[x_{ij}]$ and asked to sample a matching such that the probability of each edge $(i,j)$ be present in the matching is exactly equal to $x_{ij}$. We show that a polytope $P$ admits a Bernoulli factory if and and only if $P$ is the intersection of $[0,1]^n$ with an affine subspace. Our construction is based on an algebraic formulation of the problem, involving identifying a family of Bernstein polynomials (one per vertex) that satisfy a certain algebraic identity on $P$. The main technical tool behind our construction is a connection between these polynomials and the geometry of zonotope tilings. We apply these results to construct an explicit factory for the perfect matching polytope. The resulting factory is deeply connected to the combinatorial enumeration of arborescences and may be of independent interest. For the $k$-uniform matroid polytope, we recover a sampling procedure known in statistics as Sampford sampling.


翻译:伯努利工厂是一种仅通过参数的伯努利访问权就能精确采样特定随机变量的算法过程。参数 $p \in [0,1]$ 的伯努利访问权意味着算法虽然不知道 $p$ 的具体值,但可以独立抽取均值为 $p$ 的伯努利随机变量样本。本文研究多面体的伯努利工厂问题:给定向量 $x\in P$ 的伯努利访问权(其中 $P\subset [0,1]^n$ 为给定多面体),要求输出一个随机顶点,使得其第 $i$ 个坐标的期望值严格等于 $x_i$。例如,在完美匹配多面体的特例中,给定双随机矩阵 $[x_{ij}]$ 元素的伯努利访问权,需要采样一个匹配,使得每条边 $(i,j)$ 出现在匹配中的概率恰好等于 $x_{ij}$。我们证明:多面体 $P$ 存在伯努利工厂当且仅当 $P$ 是 $[0,1]^n$ 与某个仿射子空间的交集。本构造基于该问题的代数表述,涉及寻找一组伯恩斯坦多项式(每个顶点对应一个)使其在 $P$ 上满足特定代数恒等式。构造背后的关键技术工具是揭示这些多项式与带状多面体剖分几何之间的联系。我们将这些结果应用于完美匹配多面体的显式工厂构造,该工厂与有向树(arborescences)的组合枚举密切相关,可能具有独立研究价值。对于 $k$-一致拟阵多面体,我们恢复了统计学中称为森福德采样(Sampford sampling)的抽样过程。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
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
2+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
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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2023年5月22日
Arxiv
18+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
12+阅读 · 2022年11月21日
Disentangled Information Bottleneck
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月22日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月26日
Arxiv
19+阅读 · 2018年6月27日
Arxiv
11+阅读 · 2018年5月21日
Arxiv
14+阅读 · 2018年5月15日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14日
VIP会员
最新内容
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
5+阅读 · 今天7:25
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
1+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
1+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
6+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
相关VIP内容
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
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
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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关论文
Arxiv
12+阅读 · 2023年5月22日
Arxiv
18+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
12+阅读 · 2022年11月21日
Disentangled Information Bottleneck
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月22日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月26日
Arxiv
19+阅读 · 2018年6月27日
Arxiv
11+阅读 · 2018年5月21日
Arxiv
14+阅读 · 2018年5月15日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14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
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
2+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
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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员