We propose a novel modular inference approach combining two different generative models -- generative adversarial networks (GAN) and normalizing flows -- to approximate the posterior distribution of physics-based Bayesian inverse problems framed in high-dimensional ambient spaces. We dub the proposed framework GAN-Flow. The proposed method leverages the intrinsic dimension reduction and superior sample generation capabilities of GANs to define a low-dimensional data-driven prior distribution. Once a trained GAN-prior is available, the inverse problem is solved entirely in the latent space of the GAN using variational Bayesian inference with normalizing flow-based variational distribution, which approximates low-dimensional posterior distribution by transforming realizations from the low-dimensional latent prior (Gaussian) to corresponding realizations of a low-dimensional variational posterior distribution. The trained GAN generator then maps realizations from this approximate posterior distribution in the latent space back to the high-dimensional ambient space. We also propose a two-stage training strategy for GAN-Flow wherein we train the two generative models sequentially. Thereafter, GAN-Flow can estimate the statistics of posterior-predictive quantities of interest at virtually no additional computational cost. The synergy between the two types of generative models allows us to overcome many challenges associated with the application of Bayesian inference to large-scale inverse problems, chief among which are describing an informative prior and sampling from the high-dimensional posterior. We demonstrate the efficacy and flexibility of GAN-Flow on various physics-based inverse problems of varying ambient dimensionality and prior knowledge using different types of GANs and normalizing flows.


翻译:我们提出了一种新颖的模块化推理方法,该方法融合两种不同的生成模型——生成对抗网络(GAN)与归一化流——以逼近定义在高维环境空间中的物理贝叶斯反问题的后验分布。我们将所提框架命名为GAN-Flow。该方法利用GAN的内在降维能力和优质样本生成能力来定义低维数据驱动先验分布。在获得训练好的GAN先验后,整个反问题在GAN的潜在空间中通过变分贝叶斯推理求解,使用基于归一化流的变分分布,该分布通过将低维潜在先验(高斯分布)的样本变换为低维变分后验分布的对应样本来逼近低维后验分布。训练好的GAN生成器再将潜在空间中该近似后验分布的样本映射回高维环境空间。我们还为GAN-Flow提出了一种两阶段训练策略,其中依次训练这两个生成模型。此后,GAN-Flow几乎无需额外计算成本即可估计后验预测感兴趣量的统计特性。两类生成模型之间的协同作用使我们能够克服贝叶斯推理应用于大规模反问题时的诸多挑战,其主要挑战包括描述信息性先验以及对高维后验分布进行采样。我们通过不同环境维度和先验知识水平的多类物理反问题,使用不同类型的GAN与归一化流,验证了GAN-Flow的有效性和灵活性。

0
下载
关闭预览

相关内容

【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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5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
6+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 · 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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
4+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
4+阅读 · 6月9日
《美空军条令出版物 4-0,维持》
专知会员服务
4+阅读 · 6月9日
《基于仿真的空军任务规划优化》
专知会员服务
4+阅读 · 6月9日
相关VIP内容
【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
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
相关基金
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
6+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 · 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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员