Statistical models for spatial processes play a central role in statistical analyses of spatial data. Yet, it is the simple, interpretable, and well understood models that are routinely employed even though, as is revealed through prior and posterior predictive checks, these can poorly characterise the spatial heterogeneity in the underlying process of interest. Here, we propose a new, flexible class of spatial-process models, which we refer to as spatial Bayesian neural networks (SBNNs). An SBNN leverages the representational capacity of a Bayesian neural network; it is tailored to a spatial setting by incorporating a spatial "embedding layer" into the network and, possibly, spatially-varying network parameters. An SBNN is calibrated by matching its finite-dimensional distribution at locations on a fine gridding of space to that of a target process of interest. That process could be easy to simulate from or we have many realisations from it. We propose several variants of SBNNs, most of which are able to match the finite-dimensional distribution of the target process at the selected grid better than conventional BNNs of similar complexity. We also show that a single SBNN can be used to represent a variety of spatial processes often used in practice, such as Gaussian processes and lognormal processes. We briefly discuss the tools that could be used to make inference with SBNNs, and we conclude with a discussion of their advantages and limitations.


翻译:空间过程的统计模型在空间数据统计分析中占据核心地位。然而,即便通过先验和后验预测检验揭示出这些模型可能无法准确刻画目标过程的空间异质性,实践中仍主要采用简单、可解释且易于理解的模型。本文提出一类新型灵活的空间过程模型,称为空间贝叶斯神经网络(SBNN)。SBNN利用贝叶斯神经网络的表征能力,通过引入空间"嵌入层"并允许网络参数随空间位置变化,使其适配空间设定。通过在精细空间网格上匹配目标过程的有限维分布对SBNN进行校准,该目标过程可便于模拟或已有大量观测样本。我们提出多种SBNN变体,其中大部分在选定网格上匹配目标过程有限维分布的能力优于相同复杂度的传统贝叶斯神经网络。研究还表明,单一SBNN即可表征高斯过程、对数正态过程等实践常用的多种空间过程。本文简要讨论了可用于SBNN推断的工具,并总结了其优势与局限性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Processing 是一门开源编程语言和与之配套的集成开发环境(IDE)的名称。Processing 在电子艺术和视觉设计社区被用来教授编程基础,并运用于大量的新媒体和互动艺术作品中。
【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
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17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
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
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 · 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
2+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
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月5日
Arxiv
12+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月3日
Arxiv
27+阅读 · 2020年6月19日
Arxiv
11+阅读 · 2018年5月21日
Arxiv
14+阅读 · 2018年5月15日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月5日
Arxiv
12+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月3日
Arxiv
27+阅读 · 2020年6月19日
Arxiv
11+阅读 · 2018年5月21日
Arxiv
14+阅读 · 2018年5月15日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
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 · 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
2+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