Compartment models are widely used in climate science, epidemiology, and physics, among other disciplines. An important example of a compartment model is susceptible-infected-recovered (SIR) model, which can describe disease dynamics. Bayesian inference for SIR models is challenging because likelihood evaluation requires solving expensive ordinary differential equations. Although variational inference (VI) can be a fast alternative to the traditional Bayes approaches, VI has limited applicability due to boundary issues and local optima problems. To address these challenges, we propose flexible VI methods based on deep generative models that do not require parametric assumptions on the variational distribution. We embed a surjective transformation in our framework to avoid posterior truncation at the boundary. We provide theoretical conditions that guarantee the success of the algorithm. Furthermore, our temperature annealing scheme can avoid being trapped in local optima through a series of intermediate posteriors. We apply our method to variants of SIR models, illustrating that the proposed method can provide fast and accurate inference compared to its competitors.


翻译:在气候科学、流行病学和物理学等学科中广泛使用分层模型,分层模型的一个重要例子是易感感染恢复(SIR)模型,该模型可以描述疾病动态。贝叶斯对SIR模型的推断具有挑战性,因为可能性评估需要解决昂贵的普通差分方程。虽然不同推论(VI)可以快速替代传统的贝耶斯方法,但由于边界问题和当地opima问题,VI的可适用性有限。为了应对这些挑战,我们提议了基于不要求对变异分布进行参数假设的深层基因化模型的灵活六种方法。我们在我们的框架中嵌入了一种推测性转变,以避免在边界上发生后遗漏。我们提供了理论条件,保证算法的成功。此外,我们的温度导射法可以避免通过一系列中间远洋流被困在本地的Popima。我们将我们的方法应用于SIR模型的变异体,表明拟议方法可以提供与竞争者相比的快速和准确的推论。

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