Bayesian optimal experimental design (OED) seeks to conduct the most informative experiment under budget constraints to update the prior knowledge of a system to its posterior from the experimental data in a Bayesian framework. Such problems are computationally challenging because of (1) expensive and repeated evaluation of some optimality criterion that typically involves a double integration with respect to both the system parameters and the experimental data, (2) suffering from the curse-of-dimensionality when the system parameters and design variables are high-dimensional, (3) the optimization is combinatorial and highly non-convex if the design variables are binary, often leading to non-robust designs. To make the solution of the Bayesian OED problem efficient, scalable, and robust for practical applications, we propose a novel joint optimization approach. This approach performs simultaneous (1) training of a scalable conditional normalizing flow (CNF) to efficiently maximize the expected information gain (EIG) of a jointly learned experimental design (2) optimization of a probabilistic formulation of the binary experimental design with a Bernoulli distribution. We demonstrate the performance of our proposed method for a practical MRI data acquisition problem, one of the most challenging Bayesian OED problems that has high-dimensional (320 $\times$ 320) parameters at high image resolution, high-dimensional (640 $\times$ 386) observations, and binary mask designs to select the most informative observations.


翻译:贝叶斯最优实验设计(OED)旨在预算约束下进行最具信息量的实验,在贝叶斯框架中利用实验数据将系统的先验知识更新为后验知识。这类问题在计算上具有挑战性,原因在于:(1)对通常涉及系统参数与实验数据双重积分的最优性准则进行昂贵且重复的评估;(2)当系统参数和设计变量为高维时,面临维度灾难;(3)若设计变量为二元变量,优化问题具有组合性与高度非凸性,常导致非稳健的设计。为使贝叶斯OED问题在实际应用中实现高效、可扩展且稳健的求解,我们提出了一种新型联合优化方法。该方法同步执行:(1)训练可扩展的条件归一化流(CNF)以高效最大化联合学习实验设计的期望信息增益(EIG);(2)利用伯努利分布对二元实验设计进行概率公式的优化。我们通过一个实际的MRI数据采集问题验证了所提方法的性能——该问题是贝叶斯OED中最具挑战性的问题之一,涉及高分辨率下高维(320 × 320)参数、高维(640 × 386)观测数据以及用于选择最具信息量观测的二元掩模设计。

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
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
47+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
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
13+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
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
69+阅读 · 2022年9月7日
VLP: A Survey on Vision-Language Pre-training
Arxiv
11+阅读 · 2022年2月21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
3+阅读 · 今天14:33
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
4+阅读 · 今天6:43
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:38
《美空军条令出版物 4-0,维持》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:32
《基于仿真的空军任务规划优化》
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:21
相关资讯
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
相关基金
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
47+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
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
13+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
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员