Wie vergleicht man zwei Gaußsche Prozesse?


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Die Kullback-Leibler-Divergenz ist eine Metrik zum Vergleichen von zwei Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen, aber welche Metrik wird zum Vergleichen von zwei GPs X und Y ?


d(X,Y)=E[supt|X(t)−Y(t)|]

@Zen: Wenn Sie Zeit haben, bin ich daran interessiert, mehr über diese Entfernungsmetrik zu erfahren.
— Neil G

Hallo Neil. Ich weiß nicht viel darüber. Bitte, siehe meine Antwort unten.
— Zen

Antworten:


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Beachten Sie, dass die Verteilung der Gaußschen Prozesse die Erweiterung des multivariaten Gaußschen Prozesses für möglicherweise unendlich . Daher können Sie die KL-Divergenz zwischen den GP-Wahrscheinlichkeitsverteilungen verwenden, indem Sie über :X→RXRX

DKL(P|Q)=∫RXlog⁡dPdQdP.

Sie können MC-Methoden verwenden, um diese Menge über ein diskretisiertes numerisch zu approximieren, indem Sie Prozesse entsprechend ihrer GP-Verteilung wiederholt abtasten. Ich weiß nicht, ob die Konvergenzgeschwindigkeit ausreichend gut ist ...X

Beachten Sie, dass wenn endlich ist mit , Sie auf die übliche KL-Divergenz für multivariate Normalverteilungen zurückgreifen: | X | = N D K L ( G P ( μ 1 , K 1 ) , G P ( μ 2 , K 2 ) ) = 1X|X|=n

DKL(GP(μ1,K1),GP(μ2,K2))=12(tr(K2−1K1)+(μ2−μ1)⊤K2−1(μ2−μ1)−n+log⁡|K2||K1|)

Wie kann ich zwei von Ihnen erwähnte Mittelwerte (mu1 und mu2) berechnen? Oder sollte ich sie wie üblich für den Gauß-Prozess auf Null setzen?
— Marat Zakirov

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Denken Sie daran, dass, wenn ein Gauß'scher Prozess mit der mittleren Funktion und der Kovarianzfunktion ist, für jeden der Zufallsvektor hat eine multivariate Normalverteilung mit mittlerem Vektor und Kovarianzmatrix , wobei wir die gebräuchliche Abkürzung . m K t 1 , ... , t k ∈ T ( X ( t 1 ) , ... , X ( t k ) ) ( m ( t 1 ) , ... , m ( t k ) ) Σ = ( σ i j ) = ( K ( t iX:T×Ω→RmKt1,…,tk∈T(X(t1),…,X(tk))(m(t1),…,m(tk))X ( t ) = X ( t ,Σ=(σij)=(K(ti,tj))X(t)=X(t,⋅)

Jede Realisierung ist eine reelle Funktion, deren Domäne die Indexmenge . Angenommen, . Gegeben seien zwei Gaußprozesse und , einen gemeinsamen Abstand zwischen zwei Realisierungen und ist. Daher erscheint es natürlich, den Abstand zwischen den beiden Prozessen und als T T = [ 0 , 1 ] X Y X (X(⋅,ω)TT=[0,1]XYY (X(⋅,ω)Y(⋅,ω)supt∈[0,1]|X(t,ω)−Y(t,ω)|XY

d(X,Y)=E[supt∈[0,1]|X(t)−Y(t)|].(∗)
Ich weiß nicht, ob es einen analytischen Ausdruck für diese Distanz gibt, aber ich glaube, Sie können eine Monte-Carlo-Näherung wie folgt berechnen. Fixiere ein feines Gitter und ziehe Proben und aus die normalen Zufallsvektoren und , jeweils für . Ungefähre durch 0≤t1<⋯<tk≤1(xi1,…,xik)(yi1,…,yik)(X(t1),…,X(tk))(Y(t1),…,Y(tk))i=1,…,Nd(X,Y)
1N∑i=1Nmax1≤j≤k|xij−yij|.

Wie wird aus jedem Vektor eine Stichprobe erstellt? Wenn Sie nur die Mittelwerte in den einzelnen Hausärzten abtasten, berücksichtigen Sie die Abweichungen nicht. Andernfalls müssen Sie eine konsistente Stichprobentechnik entwickeln.
— Pushkar

Dies ist eine hervorragende Ressource: gaussianprocess.org/gpml/chapters
— Zen

Sie können auch alle Antworten auf diese Frage lesen: stats.stackexchange.com/questions/30652/…
— Zen

Achten Sie darauf, dass dies keine Distanz ist, da . Da die KL zwei Verteilungen und nicht zwei Realisierungen vergleicht, sollte der Zen-Abstand zwischen zwei GPs definiert werden als , und wir haben das für nicht degeneriert Gaußprozess . d(X,X)≠0d(G1,G2)=EX∼G1,Y∼G2[supt|X(t)−Y(t)|]EX∼G,Y∼Gsupt|X(t)−Y(t)|>0G
— Emile

@Emile: wie kommt es, dass mit der Definition ? d(X,X)≠0(∗)
— Zen
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