Performing Bayesian inference on large spatio-temporal models requires extracting inverse elements of large sparse precision matrices for marginal variances, as well as estimating model hyperparameters. Although direct matrix factorizations can be used for the inversion, such methods fail to scale well for distributed problems when run on large computing clusters. On the contrary, Krylov subspace methods for the selected inversion have been gaining traction. We propose a parallel hybrid approach based on domain decomposition, which extends the Rao-Blackwellized Monte Carlo estimator for distributed precision matrices. Our approach exploits the strength of Krylov subspace methods as global solvers and efficiency of direct factorizations as base case solvers to compute the marginal variances and the derivatives required for hyperparameter estimation using a divide-and-conquer strategy. By introducing subdomain overlaps, one can achieve greater accuracy at an increased computational effort with little to no additional communication. We demonstrate the speed improvements and efficient hyperparameter inference on both simulated models and a massive US daily temperature data.


翻译:对大规模时空模型进行贝叶斯推断时,需从大型稀疏精度矩阵中提取逆矩阵元素以计算边际方差,并估计模型超参数。尽管直接矩阵分解可用于求逆,但此类方法在大型计算集群上运行时难以扩展。相比之下,基于Krylov子空间的选择性求逆方法正逐渐受到关注。本文提出一种基于区域分解的并行混合方法,扩展了分布式精度矩阵的Rao-Blackwellized蒙特卡洛估计器。该方法融合了Krylov子空间方法作为全局求解器的优势,以及直接分解作为基础求解器的高效性,通过分治策略计算边际方差及超参数估计所需的导数。通过引入子区域重叠,可在几乎不增加通信开销的前提下,以更高计算代价实现更高精度。我们在模拟模型及海量美国日温度数据上验证了该方法的提速效果与高效超参数推断能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

《时空光子液态和极限学习机》
专知会员服务
26+阅读 · 2023年7月3日
【ICML2022】可扩展深度高斯马尔可夫随机场
专知会员服务
22+阅读 · 2022年6月27日
专知会员服务
15+阅读 · 2021年8月29日
专知会员服务
63+阅读 · 2020年3月4日
时空序列预测方法综述
专知
22+阅读 · 2020年10月19日
【干货书】贝叶斯推断随机过程,449页pdf
专知
31+阅读 · 2020年8月27日
从点到线:逻辑回归到条件随机场
夕小瑶的卖萌屋
15+阅读 · 2017年7月22日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017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
23+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
1+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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017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
23+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
1+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
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