Kernel Bayesian inference is a principled approach to nonparametric inference in probabilistic graphical models, where probabilistic relationships between variables are learned from data in a nonparametric manner. Various algorithms of kernel Bayesian inference have been developed by combining kernelized basic probabilistic operations such as the kernel sum rule and kernel Bayes' rule. However, the current framework is fully nonparametric, and it does not allow a user to flexibly combine nonparametric and model-based inferences. This is inefficient when there are good probabilistic models (or simulation models) available for some parts of a graphical model; this is in particular true in scientific fields where "models" are the central topic of study. Our contribution in this paper is to introduce a novel approach, termed the {\em model-based kernel sum rule} (Mb-KSR), to combine a probabilistic model and kernel Bayesian inference. By combining the Mb-KSR with the existing kernelized probabilistic rules, one can develop various algorithms for hybrid (i.e., nonparametric and model-based) inferences. As an illustrative example, we consider Bayesian filtering in a state space model, where typically there exists an accurate probabilistic model for the state transition process. We propose a novel filtering method that combines model-based inference for the state transition process and data-driven, nonparametric inference for the observation generating process. We empirically validate our approach with synthetic and real-data experiments, the latter being the problem of vision-based mobile robot localization in robotics, which illustrates the effectiveness of the proposed hybrid approach.


翻译:在概率图形模型中,变量之间的概率关系(或模拟模型)以非参数方式从数据中学习。 通过结合核心和内核贝耶斯规则等内核基本概率操作,已经开发出贝耶斯湾推断的各种算法。然而,目前的框架是完全非参数的,不允许用户灵活地结合非直观和基于模型的精确度方法。当一个图形模型的某些部分有良好的概率模型(或模拟模型)时,这是无效的。特别是在科学领域,“模型”是研究的中心主题。我们在本文中的贡献是引入一种新颖的方法,称为基于模型的内核和内核贝斯贝斯规则。(Mb-KSR),将一个基于模型的概率模型模型和基于基础的巴耶斯亚瑟方法的精确性观察方法结合起来。通过将Mb-KSR与现有的模型的概率模型(或模拟模拟模型的模拟模型的模拟模型的过渡性规则)结合起来,可以反映我们目前这种模型的准确性规则。

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