Bayesian networks (BNs) are a probabilistic graphical model widely used for representing expert knowledge and reasoning under uncertainty. Traditionally, they are based on directed acyclic graphs that capture dependencies between random variables. However, directed cycles can naturally arise when cross-dependencies between random variables exist, e.g., for modeling feedback loops. Existing methods to deal with such cross-dependencies usually rely on reductions to BNs without cycles. These approaches are fragile to generalize, since their justifications are intermingled with additional knowledge about the application context. In this paper, we present a foundational study regarding semantics for cyclic BNs that are generic and conservatively extend the cycle-free setting. First, we propose constraint-based semantics that specify requirements for full joint distributions over a BN to be consistent with the local conditional probabilities and independencies. Second, two kinds of limit semantics that formalize infinite unfolding approaches are introduced and shown to be computable by a Markov chain construction.


翻译:贝叶斯网络(BNs)是一种概率图形模型,广泛用于代表专家的知识和不确定性下的推理。传统上,这些网络基于定向的循环图,它捕捉随机变量之间的依赖性。然而,当随机变量之间存在交叉依赖性时,例如建模反馈循环时,就自然会出现定向循环。处理这种交叉依赖性的现有方法通常依赖于对没有周期的BNs的排减。这些方法很脆弱,难以概括化,因为它们的理由与对应用背景的更多知识混杂在一起。在本文件中,我们介绍了关于循环型BNs的语义的基础研究,该语义是通用的,保守地扩展了无周期环境。首先,我们提出了基于约束性的语义学,规定在BN上全面联合分布的要求,以便与当地有条件的概率和不依赖性相一致。第二,引入了两种正式确定无限演进方法的限定语义,并表明由Markov 链构造可调整。

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