We introduce a Fourier-based fast algorithm for Gaussian process regression in low dimensions. It approximates a translationally-invariant covariance kernel by complex exponentials on an equispaced Cartesian frequency grid of $M$ nodes. This results in a weight-space $M\times M$ system matrix with Toeplitz structure, which can thus be applied to a vector in ${\mathcal O}(M \log{M})$ operations via the fast Fourier transform (FFT), independent of the number of data points $N$. The linear system can be set up in ${\mathcal O}(N + M \log{M})$ operations using nonuniform FFTs. This enables efficient massive-scale regression via an iterative solver, even for kernels with fat-tailed spectral densities (large $M$). We provide bounds on both kernel approximation and posterior mean errors. Numerical experiments for squared-exponential and Mat\'ern kernels in one, two and three dimensions often show 1-2 orders of magnitude acceleration over state-of-the-art rank-structured solvers at comparable accuracy. Our method allows 2D Mat\'ern-$\mbox{$\frac{3}{2}$}$ regression from $N=10^9$ data points to be performed in 2 minutes on a standard desktop, with posterior mean accuracy $10^{-3}$. This opens up spatial statistics applications 100 times larger than previously possible.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
74+阅读 · 2022年6月28日
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
120+阅读 · 2022年4月21日
专知会员服务
51+阅读 · 2020年12月14日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
248+阅读 · 2020年4月19日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
177+阅读 · 2019年10月11日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012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 · 2008年12月31日
Correction of overfitting bias in regression models
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月3日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月3日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月1日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月30日
VIP会员
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
74+阅读 · 2022年6月28日
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
120+阅读 · 2022年4月21日
专知会员服务
51+阅读 · 2020年12月14日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
248+阅读 · 2020年4月19日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
177+阅读 · 2019年10月11日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26日
相关基金
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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012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 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员