Graphs are ubiquitous and are often used to understand the dynamics of a system. Probabilistic Graphical Models comprising Bayesian and Markov networks, and Conditional Independence graphs are some of the popular graph representation techniques. They can model relationships between features (nodes) together with the underlying distribution. Although theoretically these models can represent very complex dependency functions, in practice often simplifying assumptions are made due to computational limitations associated with graph operations. This work introduces Neural Graphical Models (NGMs) which attempt to represent complex feature dependencies with reasonable computational costs. Specifically, given a graph of feature relationships and corresponding samples, we capture the dependency structure between the features along with their complex function representations by using neural networks as a multi-task learning framework. We provide efficient learning, inference and sampling algorithms for NGMs. Moreover, NGMs can fit generic graph structures including directed, undirected and mixed-edge graphs as well as support mixed input data types. We present empirical studies that show NGMs' capability to represent Gaussian graphical models, inference analysis of a lung cancer data and extract insights from a real world infant mortality data provided by CDC.


翻译:由 Bayesian 和 Markov 网络构成的概率图形模型和有条件独立图形是一些受欢迎的图形演示技术。它们可以模拟特征(节点)与基本分布之间的关系。虽然这些模型理论上可以代表非常复杂的依赖性功能,但实际上往往由于与图形操作有关的计算限制而简化假设。这项工作引入了试图代表复杂特征依赖性的神经图形模型(NGMs),并采用合理的计算成本。具体地物关系和相应样本的图表,我们通过使用神经网络作为多功能学习框架来捕捉各特征之间的依赖性结构及其复杂功能表达。我们为NGMs提供了高效的学习、推断和抽样算法。此外,NGMs还可以适合通用的图形结构,包括定向、无定向和混合直观的图形,以及支持混合输入数据类型。我们介绍了NGMs 能够代表戈斯图形模型、肺癌的推断分析以及从真实世界数据中提取直观的肺癌数据的经验研究。

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