Коли Маркові випадкові поля


21

У підручнику, графічні моделях, експоненціальна сім'ї та варіаційні умовиводах , М. Йордані і М. Уейнрайт обговорюється зв'язок між експонентними родинами і марковскими випадковими полів (неорієнтовані графічні моделями).

Я намагаюся краще зрозуміти стосунки між ними за допомогою наступних питань:

  • Чи всі члени ДПС сімей експоненціалів?
  • Чи можуть усі члени родин експоненціалів бути представлені як ДПС?
  • Якщо MRFs Експоненціальні сім'ї, то які хороші приклади розподілу одного типу не включені в інший ?

З того, що я розумію у своєму підручнику (глава 3), Джордан та Уейнрайт подають наступний аргумент:


  1. Скажімо, у нас є скалярна випадкова величина X, яка слідує деякому розподілу p , і проведемо n спостереження X1,Xn , і ми хочемо ідентифікувати p .

  2. Обчислимо емпіричні очікування певних функцій ϕα

    μ^α=1ni=1nϕα(Xi),для всіхαI

    де кожен α у деякій множині I індексує функцію ϕα:XR

  3. Тоді, якщо ми змусимо наступні два набори величин бути послідовними, тобто відповідати (ідентифікувати ):p

    • Очікування від достатньої статистики ϕ розподілу pEp[(ϕα(X)]=Xϕα(x)p(x)ν(dx)ϕp

    • Очікування при емпіричному розподілі

ми отримуємо недоопределену задачу , в тому сенсі, що існує багато розподілів , які відповідають спостереженням. Тож нам потрібен принцип вибору серед них (для виявлення р ).pp

Якщо ми використаємо принцип максимальної ентропії для видалення цієї невизначеності, ми можемо отримати єдине :p

умови E p [ ( ϕ αp=argmaxpPH(p) ; для всіх & alpha ; ЯEp[(ϕα(X)]=μ^ααI

де цей приймає вигляд p θ ( x ) exp α Ippθ(x)деθ R d являє собою параметризацію розподілу в експоненціальній формі сім'ї.αIθαϕα(x),θRd

Іншими словами, якщо ми

  1. Зробіть так, щоб очікування розподілів відповідали очікуванням при емпіричному розподілі
  2. Для позбавлення від невизначеності використовуйте принцип максимальної ентропії

Ми закінчуємо розподілом експоненціальної родини.


Однак це більше схоже на аргумент щодо запровадження експоненціальних сімей, і (наскільки я можу зрозуміти) це не описує взаємозв'язок між ДПС та досвідом. сімей. Я щось пропускаю?


3
Я думаю, що там є деяка плутанина: [MRFs] ( en.wikipedia.org/wiki/Markov_random_field ) визначаються не за принципом максимальної ентропії, а самі по собі за фактом щільності, що розподіляється відповідно до кліків графік. ДПС - це експоненціальні сім'ї, завдяки їх лінійному представленню.
Сіань

Дякую @ Xi'an. Ця частина " ДРП визначається тим фактом, що коефіцієнти щільності відповідають клікам графіка " - це те, про що я завжди думав, визначає ДРП. Але чому ця власність робить усі ДПС частиною експоненціальних сімей? І які приклади (якщо такі є) будь-якого типу (MRF або exp. Family), які не є членами іншого типу?
Амеліо Васкес-Рейна

1
Я не впевнений, скільки це додасть вам, але одне, що може зробити це зрозумілішим, - це читання оригінальної постановки дистрибуцій Гіббса та MRF у цьому документі від Джемана та Джемана. По суті, вся ідея полягає в тому, щоб щось моделювати за допомогою розподілу Больцмана (наприклад, до мінус чогось), а потім запитати, як щось факторується. Через такий спосіб його опису може бути більш очевидним їх зв’язок із експоненціальними сім'ями.
ely

3
Експоненціальні сім'ї визначаються тим, що щільність журналу є по суті скалярним продуктом векторіальної функції спостережень та векторіальної функції параметрів. У цьому визначенні немає жодної графічної структури. ДПФ додатково включають графік, який визначає кліки, мікрорайони та ін. Отже, ДРП - це експоненціальні сім'ї з доданою структурою, графік.
Сіань

1
Я думаю, що плутанина в суперечливих коментарях / відповідях зводиться до того, чи дозволено вам вводити фактори, які не є логічними за своїми параметрами.
Ярослав Булатов

Відповіді:


14

Ви цілком вірні - аргумент, який ви представили, стосується експоненціальної сім'ї до принципу максимальної ентропії, але не має нічого спільного з ДПС.

Щоб вирішити три початкові питання:

Чи можуть усі члени родин експоненціалів бути представлені як ДПС?

P(X=x)=Ccl(G)ϕC(XC=xC)
cl(G)G. З цього визначення видно, що повністю пов'язаний графік, хоча і повністю неінформативний, відповідає будь-якому розподілу.

Чи всі члени ДПС сімей експоненціалів?

are експоненціальне розподіл сім'ї. Усі дискретні ЗРК з обмеженою доменністю та Гауссова ДРФ є членами родини експонентів. Насправді, оскільки продукти експоненціального розподілу сім'ї також є в експоненціальній сім'ї, спільний розподіл будь-якої ДПС, в якій кожна потенційна функція має форму (ненормалізованого) експонентного члена сім'ї, сам буде в експоненціальній сім'ї.

Експоненціальні сім’ї, які хороші приклади розподілу одного типу не включаються до іншого?

Розподіл сумішей - поширені приклади неекспоненціальних розподілів сім'ї. Розглянемо лінійну модель простору Гаусса держави (як приховану модель Маркова, але з безперервними прихованими станами та гауссовими переходами та розподілами емісії). Якщо замінити ядро ​​переходу сумішшю гауссів, отриманий розподіл вже не в експоненціальному сімействі (але він все ще зберігає багату структуру умовної незалежності, характерну для практичних графічних моделей).

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Markov_random_field

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.