Many problems arising in control and cybernetics require the determination of a mathematical model of the application. This has often to be performed starting from input-output data, leading to a task known as system identification in the engineering literature. One emerging topic in this field is estimation of networks consisting of several interconnected dynamic systems. We consider the linear setting assuming that system outputs are the result of many correlated inputs, hence making system identification severely ill-conditioned. This is a scenario often encountered when modeling complex cybernetics systems composed by many sub-units with feedback and algebraic loops. We develop a strategy cast in a Bayesian regularization framework where any impulse response is seen as realization of a zero-mean Gaussian process. Any covariance is defined by the so called stable spline kernel which includes information on smooth exponential decay. We design a novel Markov chain Monte Carlo scheme able to reconstruct the impulse responses posterior by efficiently dealing with collinearity. Our scheme relies on a variation of the Gibbs sampling technique: beyond considering blocks forming a partition of the parameter space, some other (overlapping) blocks are also updated on the basis of the level of collinearity of the system inputs. Theoretical properties of the algorithm are studied obtaining its convergence rate. Numerical experiments are included using systems containing hundreds of impulse responses and highly correlated inputs.


翻译:控制和网络效应方面的许多问题要求确定应用的数学模型。 这通常需要从输入-产出数据开始, 导致工程文献中系统识别的任务。 该领域出现的一个主题是对由若干相互关联的动态系统组成的网络进行估计。 我们考虑线性设置假设系统产出是许多相关投入的结果, 从而使得系统识别严重不便。 这是在模拟由许多有反馈和代数环形的子单位组成的复杂网络效应系统时经常遇到的情景。 我们开发了一个贝耶斯正规化框架, 将任何冲动反应视为实现零度高斯进程。 任何共变现象都由所谓的稳定螺旋内核定义, 其中包括关于平稳指数衰减的信息。 我们设计了一个新型的Markov连锁 Monte Carlo 计划, 能够通过高效地处理相近性来重建脉冲反应。 我们的计划依赖于Gibbs取样技术的变异性: 除了考虑形成参数空间分隔的区块外, 其他一些(重叠) 块也在贝耶斯规范框架中被更新, 其共性输入的正统性水平, 包括: 包含 共振度 共振度 度 度 系统 。

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