The ensemble Kalman filter (EnKF) is a Monte Carlo approximation of the Kalman filter for high dimensional linear Gaussian state space models. EnKF methods have also been developed for parameter inference of static Bayesian models with a Gaussian likelihood, in a way that is analogous to likelihood tempering sequential Monte Carlo (SMC). These methods are commonly referred to as ensemble Kalman inversion (EKI). Unlike SMC, the inference from EKI is only asymptotically unbiased if the likelihood is linear Gaussian and the priors are Gaussian. However, EKI is significantly faster to run. Currently, a large limitation of EKI methods is that the covariance of the measurement error is assumed to be fully known. We develop a new method, which we call component-wise iterative ensemble Kalman inversion (CW-IEKI), that allows elements of the covariance matrix to be inferred alongside the model parameters at negligible extra cost. This novel method is compared to SMC on three different application examples: a model of nitrogen mineralisation in soil that is based on the Agricultural Production Systems Simulator (APSIM), a model predicting seagrass decline due to stress from water temperature and light, and a model predicting coral calcification rates. On all of these examples, we find that CW-IEKI has relatively similar predictive performance to SMC, albeit with greater uncertainty, and it has a significantly faster run time.


翻译:Kalman 过滤器( EnKF ) 是 Kalman 过滤器中高维线性高斯州空间模型的 Monte Carlo 近似于 Kalman 过滤器( EnKF ) 的 Monte Carlo 。 EnKF 也开发了具有高斯概率的静态巴伊西亚模型参数推导参数的方法, 类似于相继的Monte Carlo( SMC ) 。 这些方法通常被称为 共振 Kalman 转换( EKI ) 。 与 SMC 不同, EKI 的推论只能是无偏差的。 然而, EKI 的不确定性运行速度要快得多。 目前, EKIA 方法的一大限制是假设测量误差的共变性。 我们通常称之为 共振性卡尔曼 转( CW- IEKII ) 。 与模型参数相比, 只能以微不足道的额外费用来推断 。 新的方法与 SMC 三个不同的应用模型相比: 氮化模型是, SimA 的相对的SIMA 预测系统, 和 的SIMA 以 的精确温度预测 。

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