A rich supply of data and innovative algorithms have made data-driven modeling a popular technique in modern industry. Among various data-driven methods, latent variable models (LVMs) and their counterparts account for a major share and play a vital role in many industrial modeling areas. LVM can be generally divided into statistical learning-based classic LVM and neural networks-based deep LVM (DLVM). We first discuss the definitions, theories and applications of classic LVMs in detail, which serves as both a comprehensive tutorial and a brief application survey on classic LVMs. Then we present a thorough introduction to current mainstream DLVMs with emphasis on their theories and model architectures, soon afterwards provide a detailed survey on industrial applications of DLVMs. The aforementioned two types of LVM have obvious advantages and disadvantages. Specifically, classic LVMs have concise principles and good interpretability, but their model capacity cannot address complicated tasks. Neural networks-based DLVMs have sufficient model capacity to achieve satisfactory performance in complex scenarios, but it comes at sacrifices in model interpretability and efficiency. Aiming at combining the virtues and mitigating the drawbacks of these two types of LVMs, as well as exploring non-neural-network manners to build deep models, we propose a novel concept called lightweight deep LVM (LDLVM). After proposing this new idea, the article first elaborates the motivation and connotation of LDLVM, then provides two novel LDLVMs, along with thorough descriptions on their principles, architectures and merits. Finally, outlooks and opportunities are discussed, including important open questions and possible research directions.


翻译:数据和创新算法的丰富供应使数据驱动模型成为现代工业中流行的技术,在各种数据驱动方法中,潜伏变量模型(LVM)及其对应方占主要份额,在许多工业建模领域发挥着关键作用。LVM一般可以分为基于统计学习的经典LVM和基于神经网络的深 LVM(DLVM)。我们首先详细讨论传统的LVM的定义、理论和应用,它既是全面辅导性的,也是对传统的LVM的简单应用调查。然后,我们全面介绍当前的主流DLVM,强调其理论和模型结构,不久之后将详细调查DLVMM的工业应用。上述两种LVM类型具有明显的优点和缺点。具体地说,LVMM的典型能力不能解决复杂的任务。基于Neural网络的DLVM模型有足够的模型能力在复杂的情景下取得令人满意的业绩,但在模型解释和效率方面作出牺牲。我们的目标是将DLVM模型的美德和减轻其深层LVM结构的精度,这两类是我们所展示的深层LVLD的精度和深层LD模型的精度。

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