Gaussian Processes (GPs) are a powerful tool for probabilistic modeling, but their performance is often constrained in complex, largescale real-world domains due to the limited expressivity of classical kernels. Quantum computing offers the potential to overcome this limitation by embedding data into exponentially large Hilbert spaces, capturing complex correlations that remain inaccessible to classical computing approaches. In this paper, we propose a Distributed Quantum Gaussian Process (DQGP) method in a multiagent setting to enhance modeling capabilities and scalability. To address the challenging non-Euclidean optimization problem, we develop a Distributed consensus Riemannian Alternating Direction Method of Multipliers (DR-ADMM) algorithm that aggregates local agent models into a global model. We evaluate the efficacy of our method through numerical experiments conducted on a quantum simulator in classical hardware. We use real-world, non-stationary elevation datasets of NASA's Shuttle Radar Topography Mission and synthetic datasets generated by Quantum Gaussian Processes. Beyond modeling advantages, our framework highlights potential computational speedups that quantum hardware may provide, particularly in Gaussian processes and distributed optimization.


翻译:高斯过程是一种强大的概率建模工具,但其性能在复杂、大规模的实际应用领域中常受限于经典核函数的表达能力。量子计算通过将数据嵌入指数级大的希尔伯特空间,有望突破这一限制,从而捕捉经典计算方法无法触及的复杂相关性。本文提出了一种多智能体环境下的分布式量子高斯过程方法,以增强建模能力与可扩展性。针对具有挑战性的非欧几里得优化问题,我们开发了一种分布式共识黎曼交替方向乘子法算法,将各局部智能体模型聚合为全局模型。我们通过在经典硬件上运行的量子模拟器进行数值实验,评估了所提方法的有效性。实验使用了NASA航天飞机雷达地形任务获取的真实非平稳高程数据集,以及由量子高斯过程生成的合成数据集。除了建模优势外,我们的框架还凸显了量子硬件可能带来的潜在计算加速,特别是在高斯过程与分布式优化方面。

0
下载
关闭预览

相关内容

高斯过程(Gaussian Process, GP)是概率论和数理统计中随机过程(stochastic process)的一种,是一系列服从正态分布的随机变量(random variable)在一指数集(index set)内的组合。 高斯过程中任意随机变量的线性组合都服从正态分布,每个有限维分布都是联合正态分布,且其本身在连续指数集上的概率密度函数即是所有随机变量的高斯测度,因此被视为联合正态分布的无限维广义延伸。高斯过程由其数学期望和协方差函数完全决定,并继承了正态分布的诸多性质
多智能体博弈中的分布式学习: 原理与算法
专知会员服务
54+阅读 · 2024年6月13日
多智能体系统带宽分配及预测云控制
专知会员服务
18+阅读 · 2023年7月9日
基于多智能体深度强化学习的体系任务分配方法
专知会员服务
157+阅读 · 2023年5月4日
最新《高斯过程回归简明教程》,19页pdf
专知会员服务
73+阅读 · 2020年9月30日
【经典书】机器学习高斯过程,266页pdf
专知会员服务
200+阅读 · 2020年5月2日
【综述】多智能体强化学习算法理论研究
深度强化学习实验室
15+阅读 · 2020年9月9日
清华大学《高级机器学习》课程
专知
40+阅读 · 2020年7月21日
经典书《斯坦福大学-多智能体系统》532页pdf
解读 | 得见的高斯过程
机器学习算法与Python学习
14+阅读 · 2019年2月13日
【CPS】社会物理信息系统(CPSS)及其典型应用
产业智能官
16+阅读 · 2018年9月18日
【CAA智库】高文院士:转向跨媒体智能
中国自动化学会
22+阅读 · 2018年8月20日
国家自然科学基金
14+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+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
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
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
17+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2月12日
VIP会员
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
14+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+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
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
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
17+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员