Understanding systems by forward and inverse modeling is a recurrent topic of research in many domains of science and engineering. In this context, Monte Carlo methods have been widely used as powerful tools for numerical inference and optimization. They require the choice of a suitable proposal density that is crucial for their performance. For this reason, several adaptive importance sampling (AIS) schemes have been proposed in the literature. We here present an AIS framework called Regression-based Adaptive Deep Importance Sampling (RADIS). In RADIS, the key idea is the adaptive construction via regression of a non-parametric proposal density (i.e., an emulator), which mimics the posterior distribution and hence minimizes the mismatch between proposal and target densities. RADIS is based on a deep architecture of two (or more) nested IS schemes, in order to draw samples from the constructed emulator. The algorithm is highly efficient since employs the posterior approximation as proposal density, which can be improved adding more support points. As a consequence, RADIS asymptotically converges to an exact sampler under mild conditions. Additionally, the emulator produced by RADIS can be in turn used as a cheap surrogate model for further studies. We introduce two specific RADIS implementations that use Gaussian Processes (GPs) and Nearest Neighbors (NN) for constructing the emulator. Several numerical experiments and comparisons show the benefits of the proposed schemes. A real-world application in remote sensing model inversion and emulation confirms the validity of the approach.


翻译:通过前方和反向建模理解系统是许多科学和工程领域的经常性研究主题。在这方面,蒙特卡洛方法被广泛用作数字推导和优化的有力工具,需要选择对其性能至关重要的适当建议密度。为此,在文献中提出了几项适应性重要取样(AIS)计划。我们在此展示一个AIS框架,称为“基于回归的适应性深层调查采集(RADIS) ” 。在RADIS中,关键理念是通过非参数建议密度(即模拟器)的回归进行适应性构建,以模拟后推(即模拟器),它模拟后推法模拟后推法的密度,以模拟后推法的密度(即模拟器),从而模拟后推法的可靠性分布和优化后推法,从而尽量减少建议和目标密度密度之间的不匹配性差。RADIS基于两个(或更多)嵌入型IS的深层结构,以便从构建的模拟器中提取样本。算法非常高效,因为将后推近近为模型密度,这可以改进支持点。因此,RADIS的模拟测试和近地实验计划在较温条件下与精确的近采样应用。我们用了用于用于进行亚化的图像的图像的系统,在进行中,在进行中进一步的图像变现,用。

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