The Gaussian process (GP) is a popular statistical technique for stochastic function approximation and uncertainty quantification from data. GPs have been adopted into the realm of machine learning in the last two decades because of their superior prediction abilities, especially in data-sparse scenarios, and their inherent ability to provide robust uncertainty estimates. Even so, their performance highly depends on intricate customizations of the core methodology, which often leads to dissatisfaction among practitioners when standard setups and off-the-shelf software tools are being deployed. Arguably the most important building block of a GP is the kernel function which assumes the role of a covariance operator. Stationary kernels of the Mat\'ern class are used in the vast majority of applied studies; poor prediction performance and unrealistic uncertainty quantification are often the consequences. Non-stationary kernels show improved performance but are rarely used due to their more complicated functional form and the associated effort and expertise needed to define and tune them optimally. In this perspective, we want to help ML practitioners make sense of some of the most common forms of non-stationarity for Gaussian processes. We show a variety of kernels in action using representative datasets, carefully study their properties, and compare their performances. Based on our findings, we propose a new kernel that combines some of the identified advantages of existing kernels.


翻译:高斯过程(GP)是一种流行的统计技术,用于从数据中进行随机函数逼近和不确定性量化。在过去二十年中,GP因其卓越的预测能力(尤其是在数据稀疏场景下)以及其固有的提供稳健不确定性估计的能力而被纳入机器学习领域。尽管如此,其性能高度依赖于核心方法论的复杂定制,当部署标准设置和现成软件工具时,这往往会导致实践者的不满。可以说,GP最重要的构建模块是核函数,它扮演着协方差算子的角色。绝大多数应用研究中使用Matern类的平稳核函数;这常常导致预测性能低下和不切实际的不确定性量化。非平稳核函数显示出改进的性能,但由于其更复杂的函数形式以及定义和优化它们所需的相关努力和专业知识,很少被使用。在此视角中,我们希望帮助机器学习实践者理解高斯过程的一些最常见的非平稳性形式。我们通过代表性数据集展示了多种核函数的实际应用,仔细研究了它们的性质,并比较了它们的性能。基于我们的发现,我们提出了一种新核函数,它结合了现有核函数的一些确定优势。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
35+阅读 · 2021年1月27日
A Survey on Deep Learning for Named Entity Recognition
Arxiv
26+阅读 · 2020年3月13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
8+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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员