Likelihood-free Bayesian inference algorithms are popular methods for calibrating the parameters of complex, stochastic models, required when the likelihood of the observed data is intractable. These algorithms characteristically rely heavily on repeated model simulations. However, whenever the computational cost of simulation is even moderately expensive, the significant burden incurred by likelihood-free algorithms leaves them unviable in many practical applications. The multifidelity approach has been introduced (originally in the context of approximate Bayesian computation) to reduce the simulation burden of likelihood-free inference without loss of accuracy, by using the information provided by simulating computationally cheap, approximate models in place of the model of interest. The first contribution of this work is to demonstrate that multifidelity techniques can be applied in the general likelihood-free Bayesian inference setting. Analytical results on the optimal allocation of computational resources to simulations at different levels of fidelity are derived, and subsequently implemented practically. We provide an adaptive multifidelity likelihood-free inference algorithm that learns the relationships between models at different fidelities and adapts resource allocation accordingly, and demonstrate that this algorithm produces posterior estimates with near-optimal efficiency.


翻译:在观测到数据的可能性十分棘手时,使用复杂的、随机的模型参数,这些算法通常严重依赖重复的模型模拟。不过,每当模拟的计算成本甚至略为昂贵时,没有可能性的巴耶斯推论算法造成的沉重负担在许多实际应用中使其无法生存。采用了多异性计算法(最初在接近巴耶斯计算时采用),通过利用模拟计算成本低廉、近似模型而取代兴趣模型所提供的信息,减少模拟无可能性推论的模拟负担,而不丧失准确性。这项工作的第一个贡献是证明多异性技术可以适用于一般无可能性的巴耶斯推论环境。关于在不同水平的忠诚模拟中最佳计算资源分配的分析结果已经产生,并随后实际实施。我们提供了适应性多异性概率推算法,以了解不同准确性模型之间的关系,并相应调整近于最低资源配置效率的模型,从而证明这种算法能够与远近于最可靠度的模型进行对比。

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