Bayesian neural networks (BNNs) have received an increased interest in the last years. In BNNs, a complete posterior distribution of the unknown weight and bias parameters of the network is produced during the training stage. This probabilistic estimation offers several advantages with respect to point-wise estimates, in particular, the ability to provide uncertainty quantification when predicting new data. This feature inherent to the Bayesian paradigm, is useful in countless machine learning applications. It is particularly appealing in areas where decision-making has a crucial impact, such as medical healthcare or autonomous driving. The main challenge of BNNs is the computational cost of the training procedure since Bayesian techniques often face a severe curse of dimensionality. Adaptive importance sampling (AIS) is one of the most prominent Monte Carlo methodologies benefiting from sounded convergence guarantees and ease for adaptation. This work aims to show that AIS constitutes a successful approach for designing BNNs. More precisely, we propose a novel algorithm PMCnet that includes an efficient adaptation mechanism, exploiting geometric information on the complex (often multimodal) posterior distribution. Numerical results illustrate the excellent performance and the improved exploration capabilities of the proposed method for both shallow and deep neural networks.


翻译:过去几年来,巴伊西亚神经网络(BNNS)在过去几年中受到越来越多的兴趣。在巴伊西亚神经网络(BNNS)中,在培训阶段就产生了网络未知重量和偏差参数的完全后继分布,这种概率估计为点估计提供了若干好处,特别是在预测新数据时提供不确定性量化的能力。巴伊西亚模式的这一特点在无数机器学习应用中非常有用。它特别吸引了决策具有关键影响的领域,如医疗保健或自主驾驶等。BNNS的主要挑战在于培训程序的计算成本,因为巴伊西亚技术常常面临严重的维度诅咒。适应重要性抽样是蒙特卡洛最突出的方法之一,它得益于可靠的趋同保证和适应的便利。这项工作旨在表明,巴伊西亚神经网络是设计BNNS的成功方法。更确切地说,我们提出了一个新型的算法 PMCnet,其中包括一个高效的适应机制,利用综合体(多式)后传分布的几何测量信息。Nomerical 成果说明了极好的网络和深度探索能力。

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