We develop EigenVI, an eigenvalue-based approach for black-box variational inference (BBVI). EigenVI constructs its variational approximations from orthogonal function expansions. For distributions over $\mathbb{R}^D$, the lowest order term in these expansions provides a Gaussian variational approximation, while higher-order terms provide a systematic way to model non-Gaussianity. These approximations are flexible enough to model complex distributions (multimodal, asymmetric), but they are simple enough that one can calculate their low-order moments and draw samples from them. EigenVI can also model other types of random variables (e.g., nonnegative, bounded) by constructing variational approximations from different families of orthogonal functions. Within these families, EigenVI computes the variational approximation that best matches the score function of the target distribution by minimizing a stochastic estimate of the Fisher divergence. Notably, this optimization reduces to solving a minimum eigenvalue problem, so that EigenVI effectively sidesteps the iterative gradient-based optimizations that are required for many other BBVI algorithms. (Gradient-based methods can be sensitive to learning rates, termination criteria, and other tunable hyperparameters.) We use EigenVI to approximate a variety of target distributions, including a benchmark suite of Bayesian models from posteriordb. On these distributions, we find that EigenVI is more accurate than existing methods for Gaussian BBVI.


翻译:我们开发了EigenVI,一种基于特征值的黑盒变分推断(BBVI)方法。EigenVI通过正交函数展开构建其变分近似。对于定义在$\mathbb{R}^D$上的分布,展开式的最低阶项提供高斯变分近似,而高阶项则为建模非高斯性提供系统化途径。此类近似具有足够的灵活性以建模复杂分布(多峰、非对称),同时又足够简洁,能够计算其低阶矩并从中采样。通过采用不同正交函数族构建变分近似,EigenVI还可建模其他类型的随机变量(如非负、有界变量)。在这些函数族中,EigenVI通过最小化Fisher散度的随机估计,计算与目标分布评分函数最匹配的变分近似。值得注意的是,该优化问题可归结为求解最小特征值问题,从而使EigenVI有效规避了其他多数BBVI算法所需的迭代梯度优化过程(基于梯度的方法对学习率、终止准则及其他可调超参数较为敏感)。我们使用EigenVI近似了多种目标分布,包括来自posteriordb的贝叶斯模型基准测试集。实验表明,对于高斯BBVI任务,EigenVI相比现有方法具有更高精度。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
33+阅读 · 2021年3月7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
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
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
17+阅读 · 2017年10月5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
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 · 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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
1+阅读 · 2024年12月12日
VIP会员
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
17+阅读 · 2017年10月5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
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 · 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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员