Many data-science problems can be formulated as an inverse problem, where the parameters are estimated by minimizing a proper loss function. When complicated black-box models are involved, derivative-free optimization tools are often needed. The ensemble Kalman filter (EnKF) is a particle-based derivative-free Bayesian algorithm originally designed for data assimilation. Recently, it has been applied to inverse problems for computational efficiency. The resulting algorithm, known as ensemble Kalman inversion (EKI), involves running an ensemble of particles with EnKF update rules so they can converge to a minimizer. In this article, we investigate EKI convergence in general nonlinear settings. To improve convergence speed and stability, we consider applying EKI with non-constant step-sizes and covariance inflation. We prove that EKI can hit critical points with finite steps in non-convex settings. We further prove that EKI converges to the global minimizer polynomially fast if the loss function is strongly convex. We verify the analysis presented with numerical experiments on two inverse problems.


翻译:许多数据-科学问题可以作为一个反向问题提出,其中参数可以通过尽量减少适当的损失功能来估计。当涉及到复杂的黑盒模型时,往往需要无衍生的优化工具。共振卡尔曼过滤器(EnKF)是一种最初设计用于数据同化的无粒子衍生衍生物无巴伊西亚算法。最近,它被应用于反向的计算效率问题。由此产生的算法,称为共振卡尔曼反转(EKI),涉及以 EnKF 更新规则运行一个粒子组合,以便它们能与最小化器汇合。在本篇文章中,我们调查一般非线性设置的 EKI 趋同。为了提高趋同速度和稳定性,我们考虑用非一致的步进尺寸和共变通货膨胀来应用EKI 。我们证明EKI 可以在非convex 设置中以有限的步骤达到临界点。我们进一步证明EKI如果损失功能强烈地交错的话,它就会与全球最小化极快。我们用数字实验对两种问题进行了核查。

0
下载
关闭预览

相关内容

损失函数,在AI中亦称呼距离函数,度量函数。此处的距离代表的是抽象性的,代表真实数据与预测数据之间的误差。损失函数(loss function)是用来估量你模型的预测值f(x)与真实值Y的不一致程度,它是一个非负实值函数,通常使用L(Y, f(x))来表示,损失函数越小,模型的鲁棒性就越好。损失函数是经验风险函数的核心部分,也是结构风险函数重要组成部分。
NeurIPS 2021 | 用简单的梯度下降算法逃离鞍点
专知会员服务
23+阅读 · 2021年12月6日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
Fariz Darari简明《博弈论Game Theory》介绍,35页ppt
专知会员服务
109+阅读 · 2020年5月15日
【伯克利】再思考 Transformer中的Batch Normalization
专知会员服务
40+阅读 · 2020年3月21日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
鲁棒机器学习相关文献集
专知
8+阅读 · 2019年8月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Arxiv
0+阅读 · 2021年12月14日
Arxiv
6+阅读 · 2018年4月24日
VIP会员
相关资讯
鲁棒机器学习相关文献集
专知
8+阅读 · 2019年8月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员