Real engineering and scientific applications often involve one or more qualitative inputs. Standard Gaussian processes (GPs), however, cannot directly accommodate qualitative inputs. The recently introduced latent variable Gaussian process (LVGP) overcomes this issue by first mapping each qualitative factor to underlying latent variables (LVs), and then uses any standard GP covariance function over these LVs. The LVs are estimated similarly to the other GP hyperparameters through maximum likelihood estimation, and then plugged into the prediction expressions. However, this plug-in approach will not account for uncertainty in estimation of the LVs, which can be significant especially with limited training data. In this work, we develop a fully Bayesian approach for the LVGP model and for visualizing the effects of the qualitative inputs via their LVs. We also develop approximations for scaling up LVGPs and fully Bayesian inference for the LVGP hyperparameters. We conduct numerical studies comparing plug-in inference against fully Bayesian inference over a few engineering models and material design applications. In contrast to previous studies on standard GP modeling that have largely concluded that a fully Bayesian treatment offers limited improvements, our results show that for LVGP modeling it offers significant improvements in prediction accuracy and uncertainty quantification over the plug-in approach.


翻译:实际工程和科学应用往往涉及一种或多种质量投入。标准高斯工艺(GPs)无法直接满足质量投入。最近引入的潜伏变量高斯工艺(LVGP)通过首先绘制潜在变量(LVs)的每一种质量因素图解来克服这一问题,然后对这些低位变量使用任何标准的GP共变函数。LV通过最大可能性估计与其他GP超参数相似,然后插入预测表达式。然而,这种插入法不会考虑到低位值估算的不确定性,特别是培训数据有限的情况下。在这项工作中,我们为LVGP模型和通过低位变量对质量投入效果的视觉设计开发了一种完全的巴伊西亚方法。我们还为扩大LVGP和完全巴伊斯高分数计的推力制定了近似于其他GPs超参数的近似值。我们进行的数字研究比较了对全巴伊西亚低位值推力对少数工程模型和材料设计应用的推断。与以前关于LPGP模型的研究相比,我们对标准GP模型的精确性模型得出了有限的改进结果。

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