Hamiltonian Monte Carlo (HMC) is a popular method in sampling. While there are quite a few works of studying this method on various aspects, an interesting question is how to choose its integration time to achieve acceleration. In this work, we consider accelerating the process of sampling from a distribution $\pi(x) \propto \exp(-f(x))$ via HMC via time-varying integration time. When the potential $f$ is $L$-smooth and $m$-strongly convex, i.e.\ for sampling from a log-smooth and strongly log-concave target distribution $\pi$, it is known that under a constant integration time, the number of iterations that ideal HMC takes to get an $\epsilon$ Wasserstein-2 distance to the target $\pi$ is $O( \kappa \log \frac{1}{\epsilon} )$, where $\kappa := \frac{L}{m}$ is the condition number. We propose a scheme of time-varying integration time based on the roots of Chebyshev polynomials. We show that in the case of quadratic potential $f$, i.e., when the target $\pi$ is a Gaussian distribution, ideal HMC with this choice of integration time only takes $O( \sqrt{\kappa} \log \frac{1}{\epsilon} )$ number of iterations to reach Wasserstein-2 distance less than $\epsilon$; this improvement on the dependence on condition number is akin to acceleration in optimization. The design and analysis of HMC with the proposed integration time is built on the tools of Chebyshev polynomials. Experiments find the advantage of adopting our scheme of time-varying integration time even for sampling from distributions with smooth strongly convex potentials that are not quadratic.


翻译:汉密尔顿蒙特卡洛(HMC) 是一种流行的取样方法。 虽然在各个方面研究这种方法的工作相当少, 但有趣的问题是如何选择整合时间来加速。 在这项工作中, 我们考虑通过时间变换整合时间通过HMC加速采样从分配 $\pi(x)\ propto\ exp(f(x))\ exp(f(x)))\ exp(f))\ exp(f) 美元。 当潜在美元为 $- smooth 和 $- gm( muty) 时, 也就是说, 用于对log- smooot 和 强烈的 log- conve 的采样, 也就是用于对对 logy- six 目标的采样 。 我们提议了一个时间变现时间变现方案, 也就是根据时间变现的变现分析 。

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