Spatial data are characterized by their spatial dependence, which is often complex, non-linear, and difficult to capture with a single model. Significant levels of model uncertainty -- arising from these characteristics -- cannot be resolved by model selection or simple ensemble methods. We address this issue by proposing a novel methodology that captures spatially varying model uncertainty, which we call Bayesian spatial predictive synthesis. Our proposal is derived by identifying the theoretically best approximate model under reasonable conditions, which is a latent factor spatially varying coefficient model in the Bayesian predictive synthesis framework. We then show that our proposed method produces exact minimax predictive distributions, providing finite sample guarantees. Two MCMC strategies are implemented for full uncertainty quantification, as well as a variational inference strategy for fast point inference. We also extend the estimation strategy for general responses. Through simulation examples and two real data applications, we demonstrate that our proposed spatial Bayesian predictive synthesis outperforms standard spatial models and advanced machine learning methods in terms of predictive accuracy.


翻译:空间数据具有空间依赖性的特点,空间依赖性往往是复杂、非线性,很难用单一模型来捕捉。由于这些特点而产生的显著的模型不确定性水平无法通过模型选择或简单的混合方法加以解决。我们通过提出一种反映空间差异模型不确定性的新颖方法来解决这一问题,我们称之为巴耶斯空间预测合成。我们的建议是通过在合理条件下确定理论上最佳的近似模型而得出的,在巴伊西亚预测合成框架中,这是一种潜在的因素空间差异系数模型。然后我们表明,我们拟议的方法产生了精确的微缩预测分布,提供了有限的样本保证。为了充分不确定性的量化,实施了两种MCMC战略,以及快速点推论的变推论战略。我们还扩大了一般反应的估计战略。我们通过模拟实例和两个实际数据应用,表明我们提议的Bayes合成空间预测性模型在预测准确性方面超越了标准空间模型和先进的机器学习方法。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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