Accurate uncertainty quantification of model predictions is a crucial problem in machine learning. Existing Bayesian methods, many of which rely on Monte Carlo sampling, are computationally expensive to implement and often fail to capture the true posterior of a model, especially in high dimensional problems. This paper proposes a framework for single-shot predictive uncertainty quantification of a neural network that replaces the conventional Bayesian notion of weight probability density function (PDF) with a functional defined on the model weights in a reproducing kernel Hilbert space (RKHS). The resulting RKHS based analysis yields a potential field based interpretation of the model weight PDF and allows the definition of a functional operator, inspired by perturbation theory, that performs a moment decomposition of the model weight PDF to quantify uncertainty of the model predictions. The extracted moments from this approach automatically decompose the weight PDF around the local neighborhood of the specified model output and determine with great sensitivity the local heterogeneity and anisotropy of the weight PDF around a given model prediction output. Consequently, these functional moments provide much more precise and sharper estimates of model predictive uncertainty than the central stochastic moments characterized by Bayesian and ensemble methods. Experimental results demonstrate this by evaluating the error detection capability of the model uncertainty quantification methods on test data that has undergone a covariate shift away from the training PDF learned by the model. We find our proposed measure for uncertainty quantification to be significantly more precise and better calibrated than baseline methods on various benchmark datasets, while also being much faster to compute.


翻译:模型预测的准确不确定性量化是机器学习中的一个关键问题。现有的贝叶西亚方法,其中许多依赖蒙特卡洛取样,在计算上成本高昂,往往无法捕捉模型的真正后部,特别是在高度问题中。本文件提出了一个框架,用于单发预测性不确定性量化神经网络,取代传统的巴伊西亚重量概率密度功能概念(PDF),其功能以生成核心空间(RKHS)的模型权重为定义功能。由此得出的RKHS分析产生了基于模型重量PDF的潜在实地解释,并允许在扰动理论的启发下,对功能操作者进行定义,对模型重量进行瞬间变形变异性 PDF进行量化模型预测,以量化模型预测的不确定性。从这一方法中提取的瞬间,将基准重量在特定模型输出的当地附近自动变异性概念,并以非常敏感的方式确定本地变异性基准的重量。因此,这些功能片段提供了基于模型的基于模型的更精确和精确的计算方法,而通过模型的测算方法,通过测测测得的中央测算结果的精确性方法,我们通过测算的精确的测算方法,从模型评估了更精确和精确的测算方法,从测测测算的测算的测测测测测测测测测得的测测测测测测得的精确性结果,我们测测测测测测测测测测得的测得的测得的测得的测得的精确度方法,比的测得的测测测测测得的测得的模型,而测得的精确度方法比测算方法比测算方法比测测测测测测测测得的测得的测测测测测测测测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的精确性方法比测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得的测得得的测得的测得得得得得得的测得的测得的测得得得得的

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