We propose an approach based on function evaluations and Bayesian inference to extract higher-order differential information of objective functions {from a given ensemble of particles}. Pointwise evaluation $\{V(x^i)\}_i$ of some potential $V$ in an ensemble $\{x^i\}_i$ contains implicit information about first or higher order derivatives, which can be made explicit with little computational effort (ensemble-based gradient inference -- EGI). We suggest to use this information for the improvement of established ensemble-based numerical methods for optimization and sampling such as Consensus-based optimization and Langevin-based samplers. Numerical studies indicate that the augmented algorithms are often superior to their gradient-free variants, in particular the augmented methods help the ensembles to escape their initial domain, to explore multimodal, non-Gaussian settings and to speed up the collapse at the end of optimization dynamics.} The code for the numerical examples in this manuscript can be found in the paper's Github repository (https://github.com/MercuryBench/ensemble-based-gradient.git).


翻译:我们提出一种基于功能评估和贝叶斯推论的方法,以提取关于客观功能的更高层次的差别信息,{来自某一粒子的组合}。点度评价 $V(xi) ⁇ i $i 美元中某些潜在的一等衍生物,包含关于一等或一等衍生物的隐含信息,这种信息可以通过很少的计算努力(基于共同的梯度推论 -- -- EGI)加以明确。我们建议利用这一信息改进基于共同点的既定的优化和取样混合数字方法,例如基于共识的优化和基于兰埃文的取样器。 数字研究表明,增强的算法往往优于其梯度的变异,特别是增强的方法帮助集合体摆脱其初始领域,探索多式联运、非高加索环境,并加快优化动力末端的崩溃速度。}这一手稿中的数字示例的代码可见于文件的Github存放处(https://github.com/MercuryBench/chemple-glegrade-grad)。

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