Parametric verification of linear temporal properties for stochastic models can be expressed as computing the satisfaction probability of a certain property as a function of the parameters of the model. Smoothed model checking (smMC) aims at inferring the satisfaction function over the entire parameter space from a limited set of observations obtained via simulation. As observations are costly and noisy, smMC is framed as a Bayesian inference problem so that the estimates have an additional quantification of the uncertainty. In smMC the authors use Gaussian Processes (GP), inferred by means of the Expectation Propagation algorithm. This approach provides accurate reconstructions with statistically sound quantification of the uncertainty. However, it inherits the well-known scalability issues of GP. In this paper, we exploit recent advances in probabilistic machine learning to push this limitation forward, making Bayesian inference of smMC scalable to larger datasets and enabling its application to models with high dimensional parameter spaces. We propose Stochastic Variational Smoothed Model Checking (SV-smMC), a solution that exploits stochastic variational inference (SVI) to approximate the posterior distribution of the smMC problem. The strength and flexibility of SVI make SV-smMC applicable to two alternative probabilistic models: Gaussian Processes (GP) and Bayesian Neural Networks (BNN). The core ingredient of SVI is a stochastic gradient-based optimization that makes inference easily parallelizable and that enables GPU acceleration. In this paper, we compare the performances of smMC against those of SV-smMC by looking at the scalability, the computational efficiency and the accuracy of the reconstructed satisfaction function.


翻译:光滑模型检查( smMC) 旨在将整个参数空间的满意度从通过模拟获得的一组有限的观测中推断出来。 由于观测成本高且噪音大, smMC 被设计成一个巴伊西亚的推断问题,因此估算具有对不确定性的额外量化。 在 SmMC 中, 作者使用高森进程( GGP), 以预期推进算法推导出某种属性的满意度值。 这个方法提供了精确的重建, 并具有统计上健全的不确定性量化。 然而, 它继承了众所周知的GP可缩缩放问题。 在本文中, 我们利用了预测机器学习的最新进展推进了这一限制, 使Bayes 的振动性能可放大到更大的数据集, 使其应用高度参数空间的模型应用。 我们建议Stocistic 平滑度模型校准( SV- smMC) 的精确度测试(SV- sqiocial ), 这是利用可应用的SVI 直径流流流流流流的 Svical 流流流流流流流值性性运行的解决方案。

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