We propose a splitting Hamiltonian Monte Carlo (SHMC) algorithm, which can be computationally efficient when combined with the random mini-batch strategy. By splitting the potential energy into numerically nonstiff and stiff parts, one makes a proposal using the nonstiff part of $U$, followed by a Metropolis rejection step using the stiff part that is often easy to compute. The splitting allows efficient sampling from systems with singular potentials (or distributions with degenerate points) and/or with multiple potential barriers. In our SHMC algorithm, the proposal only based on the nonstiff part in the splitting is generated by the Hamiltonian dynamics, which can be potentially more efficient than the overdamped Langevin dynamics. We also use random batch strategies to reduce the computational cost to $\mathcal{O}(1)$ per time step in generating the proposals for problems arising from many-body systems and Bayesian inference, and prove that the errors of the Hamiltonian induced by the random batch approximation is $\mathcal{O}(\sqrt{\Delta t})$ in the strong and $\mathcal{O}(\Delta t)$ in the weak sense, where $\Delta t$ is the time step. Numerical experiments are conducted to verify the theoretical results and the computational efficiency of the proposed algorithms in practice.


翻译:我们提出分解汉密尔顿蒙特卡洛(SHMC)算法,这种算法在与随机的迷你策略结合时可以实现计算效率。通过将潜在能量分解成数字上不固定和硬的部分,我们提出使用美元的非硬部分的建议,然后是大都会拒绝步骤,使用通常容易计算的硬部分。分解允许从具有独特潜力(或分布点变差的分布)和/或多种潜在障碍的系统中进行高效取样。在我们的SHMC算法中,仅根据分解中非非硬部分的建议是由汉密尔顿的动态产生的,这种动态可能比过份的朗埃文动态更有效。我们还采用随机批量战略,将计算成本降低到美元(Omathcal{O}(1) 一步,就许多机体系统和巴耶斯的推断产生的问题提出建议,并证明随机批量近近标导致汉密尔顿的错误是美元(smathcal{(sqrt ket) 一步(x) levelendal) 和美元(Omath\ mal_D) lexalendalendal lex) legalendal doal doal lex lex lex lex lex lex lex lex lex lex lex lex lex lexxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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