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高斯过程:HSGP 高级用法

希尔伯特空间高斯过程近似是一种低秩 GP 近似,特别适合在概率编程语言(如 PyMC)中使用。它使用一组预先计算和固定的基函数来近似 GP,这些基函数不依赖于协方差核的形式或其超参数。它是一种参数化近似,因此在 PyMC 中进行预测可以像使用线性模型一样通过 pm.Datapm.set_data 完成。您无需定义非参数 GP 依赖的 .conditional 分布。这使得将 HSGP 而不是 GP 集成到您现有的 PyMC 模型中容易得多。此外,与许多其他 GP 近似不同,HSGP 可以用于模型中的任何位置以及任何似然函数。

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高斯过程:HSGP 参考和第一步

希尔伯特空间高斯过程近似是一种低秩 GP 近似,特别适合在概率编程语言(如 PyMC)中使用。它使用一组预先计算和固定的基函数来近似 GP,这些基函数不依赖于协方差核的形式或其超参数。它是一种参数化近似,因此在 PyMC 中进行预测可以像使用线性模型一样通过 pm.Datapm.set_data 完成。您无需定义非参数 GP 依赖的 .conditional 分布。这使得将 HSGP 而不是 GP 集成到您现有的 PyMC 模型中容易得多。此外,与许多其他 GP 近似不同,HSGP 可以用于模型中的任何位置以及任何似然函数。

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使用 HSGP 对婴儿出生建模

此笔记本提供了一个使用希尔伯特空间高斯过程 (HSGP) 技术的示例,该技术在 [Solin 和 Särkkä,2020 年] 中介绍,用于时间序列建模。这项技术已被证明可以加速具有高斯过程组件的模型。

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高斯过程:潜在变量实现

gp.Latent 类是高斯过程的直接实现,无需近似。给定均值和协方差函数,我们可以将先验放在函数 \(f(x)\) 上,

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边际似然实现

gp.Marginal 类实现了 GP 回归的更常见情况:观测数据是 GP 和高斯噪声的总和。gp.Marginal 具有 marginal_likelihood 方法、conditional 方法和 predict 方法。给定均值和协方差函数,函数 \(f(x)\) 被建模为,

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多输出高斯过程:使用 Hamadard 乘积的 Coregionalization 模型

此笔记本展示了如何使用 Coregion 内核和输入内核之间的 Hamadard 乘积来实现内在 Coregionalization 模型 (ICM) 和线性 Coregionalization 模型 (LCM)。这篇论文Bonilla等人 [2007] 讨论了多输出高斯过程。有关 ICM 和 LCM 的更多信息,请查看 Mauricio Alvarez 关于多输出高斯过程的演讲,以及他的幻灯片,最后一页有更多参考文献。

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克罗内克结构化协方差

PyMC 包含具有克罗内克结构化协方差的模型的实现。这种模式化结构使高斯过程模型能够在更大的数据集上工作。当满足以下条件时,可以利用克罗内克结构

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使用 numpy 内核的高斯过程

简单高斯过程拟合示例,改编自 Stan 的 example-models 存储库

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莫纳罗亚火山 CO2 的高斯过程

此高斯过程 (GP) 示例展示了如何

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均值和协方差函数

PyMC 中提供了大量的均值和协方差函数。定义自定义均值和协方差函数相对容易。由于 PyMC 使用 PyTensor,因此用户无需定义它们的梯度。

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学生 t 过程

PyMC 还包括 T 过程先验。它们是将高斯过程先验推广到多元学生 t 分布。用法与 gp.Latent 相同,只是它们在模型中指定时需要自由度参数。有关更多信息,请参阅 Rasmussen+Williams 的第 9 章和 Shah 等人

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