Control variates are post-processing tools for Monte Carlo estimators which can lead to significant variance reduction. This approach usually requires a large number of samples, which can be prohibitive for applications where sampling from a posterior or evaluating the integrand is computationally expensive. Furthermore, there are many scenarios where we need to compute multiple related integrals simultaneously or sequentially, which can further exacerbate computational costs. In this paper, we propose vector-valued control variates, an extension of control variates which can be used to reduce the variance of multiple integrals jointly. This allows the transfer of information across integration tasks, and hence reduces the overall requirement for a large number of samples. We focus on control variates based on kernel interpolants and our novel construction is obtained through a generalised Stein identity and the development of novel matrix-valued Stein reproducing kernels. We demonstrate our methodology on a range of problems including multifidelity modelling and model evidence computation through thermodynamic integration.


翻译:控制变量是蒙特卡洛测算器的后处理工具,可导致显著减少差异。这一方法通常需要大量样本,对于从后方取样或对原原体进行评估是计算上昂贵的应用程序来说,这些样本可能令人望而却步。此外,有许多情况,我们需要同时或连续计算多个相关构件,这可能会进一步加重计算成本。在本文件中,我们提议了矢量价值控制变量,一种控制变量的延伸,可以用来共同减少多个构件的差异。这样可以使信息跨集成转移,从而减少对大量样品的总体需求。我们注重基于内核内部的控变量,而我们的新构型是通过一般化的斯坦氏特性和开发新型的基底值制斯坦再生产内核获得的。我们展示了我们处理一系列问题的方法,包括通过热力集成,进行多纤维建模和模型证据计算。

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