We introduce a new class of Hamiltonian Monte Carlo (HMC) algorithm called Conservative Hamiltonian Monte Carlo (CHMC), where energy-preserving integrators, derived from the Discrete Multiplier Method, are used instead of symplectic integrators. Due to the volume being no longer preserved under such a proposal map, a correction involving the determinant of the Jacobian of the proposal map is introduced within the acceptance probability of HMC. For a $p$-th order accurate energy-preserving integrator using a time step size $\tau$, we show that CHMC satisfies stationarity without detailed balance. Moreover, we show that CHMC satisfies approximate stationarity with an error of $\mathcal{O}(\tau^{(m+1)p})$ if the determinant of the Jacobian is truncated to its first $m+1$ terms of its Taylor polynomial in $\tau^p$. We also establish a lower bound on the acceptance probability of CHMC which depends only on the desired tolerance $\delta$ for the energy error and approximate determinant. In particular, a cost-effective and gradient-free version of CHMC is obtained by approximating the determinant of the Jacobian as unity, leading to an $\mathcal{O}(\tau^p)$ error to the stationary distribution and a lower bound on the acceptance probability depending only on $\delta$. Furthermore, numerical experiments show increased performance in acceptance probability and convergence to the stationary distribution for the Gradient-free CHMC over HMC in high dimensional problems.


翻译:我们引入了一个新的汉密尔顿蒙特卡洛(HMC)算法,名为“保守”汉密尔顿·蒙特卡洛(CHMC)算法,该算法来自分解式倍增器法,使用节能混凝固器,而不是混杂混凝固器。由于该提议地图不再保留其数量,因此在HMC的接受概率范围内引入了涉及建议地图的Jacobian决定因素的更正。对于使用时间步数为1美元(CMC)的准确保存节能集成器,我们显示,CHMC在没有详细平衡的情况下满足了固定性。此外,我们显示,CHMC满足了近似固定性,但差数为$(mathcal){O}((\\\\\\\+1)p}(\)美元。如果Jacocobian的决定因素被挤压到它的第一个美元+1美元的调和1美元($\tau)的调合器,则仅使用时间步数(美元)的准确度(CMC的接受率概率较低,这仅取决于所期望的耐容度$delta$(data$), 美元), 美元(CMCMCxxxlevlevlation 接受度的接受度的概率值,则显示一个高度值(cl) 接受度值(clational)的温度值)的准确度的度值值, 度值的度值和正正正正正值的度的度的度值值值值值值,一个比值值值值值的度差差差值) 和正值的度值的度值的度值的度值的度值的度, 度值值值值的度值值的度的度, 度的度的度值。具体度的度值的度, 度的度的度, 度的度的度, 度的度的度的度值的度值的度值的度值的度值的度值的度值的度值的度值的度值的度值的度的度值的度的度的度值的度值的度值的度值的度值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值的度值的度值值

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