Sampling the parameters of high-dimensional Continuous Time Markov Chains (CTMC) is a challenging problem with important applications in many fields of applied statistics. In this work a recently proposed type of non-reversible rejection-free Markov Chain Monte Carlo (MCMC) sampler, the Bouncy Particle Sampler (BPS), is brought to bear to this problem. BPS has demonstrated its favorable computational efficiency compared with state-of-the-art MCMC algorithms, however to date applications to real-data scenario were scarce. An important aspect of the practical implementation of BPS is the simulation of event times. Default implementations use conservative thinning bounds. Such bounds can slow down the algorithm and limit the computational performance. Our paper develops an algorithm with an exact analytical solution to the random event times in the context of CTMCs. Our local version of BPS algorithm takes advantage of the sparse structure in the target factor graph and we also provide a framework for assessing the computational complexity of local BPS algorithms.


翻译:取样高维连续时间标记链(CTMC)的参数是一个具有挑战性的问题,许多应用统计领域都有重要的应用。在这项工作中,最近提出的一种不可逆拒绝的马可夫链-蒙特卡洛(MCMC)取样器(BPS),即 " 宽度粒子取样器 " (BPS),将引发这一问题。BPS已经表明,与最先进的MCMC算法相比,它具有有利的计算效率,但迄今为止,对真实数据假设的应用却很少。BPS的实际实施的一个重要方面是模拟事件时间。默认执行过程使用保守的稀释界限。这种界限可以减缓算法,限制计算性性能。我们的论文开发一种算法,对CTMC中随机事件的时间有一个精确的分析解决办法。我们本地版的BPS算法利用了目标要素图中稀疏的结构,我们还为评估当地BPS算法的计算复杂性提供了一个框架。

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马尔可夫链,因安德烈·马尔可夫(A.A.Markov,1856-1922)得名,是指数学中具有马尔可夫性质的离散事件随机过程。该过程中,在给定当前知识或信息的情况下,过去(即当前以前的历史状态)对于预测将来(即当前以后的未来状态)是无关的。 在马尔可夫链的每一步,系统根据概率分布,可以从一个状态变到另一个状态,也可以保持当前状态。状态的改变叫做转移,与不同的状态改变相关的概率叫做转移概率。随机漫步就是马尔可夫链的例子。随机漫步中每一步的状态是在图形中的点,每一步可以移动到任何一个相邻的点,在这里移动到每一个点的概率都是相同的(无论之前漫步路径是如何的)。
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