We introduce an amortized variational inference algorithm and structured variational approximation for state-space models with nonlinear dynamics driven by Gaussian noise. Importantly, the proposed framework allows for efficient evaluation of the ELBO and low-variance stochastic gradient estimates without resorting to diagonal Gaussian approximations by exploiting (i) the low-rank structure of Monte-Carlo approximations to marginalize the latent state through the dynamics (ii) an inference network that approximates the update step with low-rank precision matrix updates (iii) encoding current and future observations into pseudo observations -- transforming the approximate smoothing problem into an (easier) approximate filtering problem. Overall, the necessary statistics and ELBO can be computed in $O(TL(Sr + S^2 + r^2))$ time where $T$ is the series length, $L$ is the state-space dimensionality, $S$ are the number of samples used to approximate the predict step statistics, and $r$ is the rank of the approximate precision matrix update in the update step (which can be made of much lower dimension than $L$).


翻译:我们针对由高斯噪声驱动的非线性动力学状态空间模型,提出了一种摊销变分推理算法及结构化变分近似。重要的是,该框架通过利用以下特性,能够在无需采用对角高斯近似的情况下,高效计算证据下界(ELBO)及低方差随机梯度估计:(i)蒙特卡罗近似的低秩结构,通过动力学对潜在状态进行边缘化;(ii)一种推理网络,以低秩精度矩阵更新近似更新步骤;(iii)将当前及未来观测编码为伪观测——将平滑问题转化为更易处理的滤波问题。总体而言,所需统计量与ELBO可在$O(TL(Sr + S^2 + r^2))$时间内计算完成,其中$T$为时序长度,$L$为状态空间维度,$S$为用于近似预测步骤统计量的样本数量,$r$为更新步骤中近似精度矩阵更新的秩(其维度可远低于$L$)。

0
下载
关闭预览

相关内容

WWW 2024 | GraphTranslator: 将图模型对齐大语言模型
专知会员服务
27+阅读 · 2024年3月25日
 DiffRec: 扩散推荐模型(SIGIR'23)
专知会员服务
48+阅读 · 2023年4月16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
【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
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 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
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 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
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员