It is of significant interest in many applications to sample from a high-dimensional target distribution $\pi$ with the density $\pi(\text{d} x) \propto e^{-U(x)} (\text{d} x) $, based on the temporal discretization of the Langevin stochastic differential equations (SDEs). In this paper, we propose an explicit projected Langevin Monte Carlo (PLMC) algorithm with non-convex potential $U$ and super-linear gradient of $U$ and investigate the non-asymptotic analysis of its sampling error in total variation distance. Equipped with time-independent regularity estimates for the corresponding Kolmogorov equation, we derive the non-asymptotic bounds on the total variation distance between the target distribution of the Langevin SDEs and the law induced by the PLMC scheme with order $\mathcal{O}(h |\ln h|)$. Moreover, for a given precision $\epsilon$, the smallest number of iterations of the classical Langevin Monte Carlo (LMC) scheme with the non-convex potential $U$ and the globally Lipshitz gradient of $U$ can be guaranteed by order ${\mathcal{O}}\big(\tfrac{d^{3/2}}{\epsilon} \cdot \ln (\tfrac{d}{\epsilon}) \cdot \ln (\tfrac{1}{\epsilon}) \big)$. Numerical experiments are provided to confirm the theoretical findings.


翻译:在许多应用中,基于朗之万随机微分方程(SDEs)的时间离散化,从具有密度 $\pi(\text{d} x) \propto e^{-U(x)} (\text{d} x)$ 的高维目标分布 $\pi$ 中进行采样具有重要意义。本文提出了一种显式投影朗之万蒙特卡洛(PLMC)算法,适用于非凸势函数 $U$ 及其超线性梯度的情况,并研究了该算法在总变差距离下的非渐近采样误差分析。结合相应柯尔莫哥洛夫方程的时间无关正则性估计,我们推导出了朗之万SDEs目标分布与PLMC方案诱导分布之间总变差距离的非渐近界,其阶数为 $\mathcal{O}(h |\ln h|)$。此外,对于给定的精度 $\epsilon$,在非凸势函数 $U$ 及其全局利普希茨梯度条件下,经典朗之万蒙特卡洛(LMC)方案的最小迭代次数可由阶数 ${\mathcal{O}}\big(\tfrac{d^{3/2}}{\epsilon} \cdot \ln (\tfrac{d}{\epsilon}) \cdot \ln (\tfrac{1}{\epsilon}) \big)$ 保证。数值实验验证了理论结果。

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