Markov Chain Monte Carlo (MCMC) is one of the most powerful methods to sample from a given probability distribution, of which the Metropolis Adjusted Langevin Algorithm (MALA) is a variant wherein the gradient of the distribution is used towards faster convergence. However, being set up in the Euclidean framework, MALA might perform poorly in higher dimensional problems or in those involving anisotropic densities as the underlying non-Euclidean aspects of the geometry of the sample space remain unaccounted for. We make use of concepts from differential geometry and stochastic calculus on Riemannian manifolds to geometrically adapt a stochastic differential equation with a non-trivial drift term. This adaptation is also referred to as a stochastic development. We apply this method specifically to the Langevin diffusion equation and arrive at a geometrically adapted Langevin dynamics. This new approach far outperforms MALA, certain manifold variants of MALA, and other approaches such as Hamiltonian Monte Carlo (HMC), its adaptive variant the no-U-turn sampler (NUTS) implemented in Stan, especially as the dimension of the problem increases where often GALA is actually the only successful method. This is evidenced through several numerical examples that include parameter estimation of a broad class of probability distributions and a logistic regression problem.


翻译:Markov Clain Monte Carlo (MCMC) 是从特定概率分布中抽样的最为有力的方法之一,其中,大都会调整后的Langevin Algorithm(MALA)是一个变异体,其分布梯度用于更快的趋同。然而,在Euclidean框架中,MALA可能会在较高维度问题上表现不佳,或者在涉及厌食密度的问题中表现不佳,因为样本空间的几何学基本非欧化物方面仍然下落不明。我们利用了来自里曼尼亚多元上差异几何和随机微积分的差数概念,以便从几何角度上调整分布的梯度,使之与非三轨漂移术语相趋近。这种适应性也被称为一种随机化发展。我们把这种方法专门应用于朗埃文扩散方程式,并形成一个地理学上适应性调整的朗埃文动态。这种新方法远远不符合MALA, 某些多变量,以及其他方法,例如汉密尔顿·蒙特卡洛(HIMC),其适应性差差的方位方位方位等等概念的公式概念概念,其中通常包括SAL-GAIL 的精确度分析方法的成功度,只有SAL 的精确度分析方法,通过数分析法的精确度的精确度的精确度问题。

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