We introduce MESSY estimation, a Maximum-Entropy based Stochastic and Symbolic densitY estimation method. The proposed approach recovers probability density functions symbolically from samples using moments of a Gradient flow in which the ansatz serves as the driving force. In particular, we construct a gradient-based drift-diffusion process that connects samples of the unknown distribution function to a guess symbolic expression. We then show that when the guess distribution has the maximum entropy form, the parameters of this distribution can be found efficiently by solving a linear system of equations constructed using the moments of the provided samples. Furthermore, we use Symbolic regression to explore the space of smooth functions and find optimal basis functions for the exponent of the maximum entropy functional leading to good conditioning. The cost of the proposed method in each iteration of the random search is linear with the number of samples and quadratic with the number of basis functions. We validate the proposed MESSY estimation method against other benchmark methods for the case of a bi-modal and a discontinuous density, as well as a density at the limit of physical realizability. We find that the addition of a symbolic search for basis functions improves the accuracy of the estimation at a reasonable additional computational cost. Our results suggest that the proposed method outperforms existing density recovery methods in the limit of a small to moderate number of samples by providing a low-bias and tractable symbolic description of the unknown density at a reasonable computational cost.


翻译:我们提出MESSY估计方法,一种基于最大熵的随机与符号密度估计技术。该方法通过利用梯度流的矩信息,从样本中符号化地恢复概率密度函数,其中预设的解析形式作为驱动力。具体而言,我们构建了一个基于梯度的漂移-扩散过程,该过程将未知分布函数的样本与猜测的符号表达式相关联。随后证明,当猜测分布具有最大熵形式时,可通过求解由样本矩构建的线性方程组高效确定该分布的参数。此外,我们采用符号回归探索光滑函数空间,为最大熵泛函的指数项寻找最优基函数以获得良好的条件数。在每次随机搜索迭代中,所提方法的计算复杂度与样本数量呈线性关系,与基函数数量呈二次关系。我们针对双峰分布、不连续分布以及处于物理可实现极限的密度函数,将MESSY估计方法与其他基准方法进行了对比验证。结果表明,通过额外引入符号化基函数搜索,可以在合理增加计算成本的情况下提升估计精度。我们的研究显示,在样本数量较少至中等的情况下,该方法能够以可接受的计算成本提供低偏差且可解析的密度符号描述,其性能优于现有密度恢复方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月28日
VIP会员
最新内容
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
6+阅读 · 6月2日
《反无人机系统传感器融合》90页报告
专知会员服务
10+阅读 · 6月2日
运用人工智能与卫星通信驱散“战争迷雾”
专知会员服务
3+阅读 · 6月2日
综述 | OPSD:大语言模型的在线策略自蒸馏
专知会员服务
5+阅读 · 6月1日
帕兰蒂尔Maven:军事人工智能的新纪元
专知会员服务
9+阅读 · 6月1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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员