Improving Mutual Information Estimation with Annealed and Energy-Based Bounds
Notice bibliographique
Résumé
Mutual information (MI) is a fundamental quantity in information theory and machine learning. However, direct estimation of MI is intractable, even if the true joint probability density for the variables of interest is known, as it involves estimating a potentially high-dimensional log partition function. In this work, we present a unifying view of existing MI bounds from the perspective of importance sampling, and propose three novel bounds based on this approach. Since accurate estimation of MI without density information requires a sample size exponential in the true MI, we assume either a single marginal or the full joint density information is known. In settings where the full joint density is available, we propose Multi-Sample Annealed Importance Sampling (AIS) bounds on MI, which we demonstrate can tightly estimate large values of MI in our experiments. In settings where only a single marginal distribution is known, we propose Generalized IWAE (GIWAE) and MINE-AIS bounds. Our GIWAE bound unifies variational and contrastive bounds in a single framework that generalizes InfoNCE, IWAE, and Barber-Agakov bounds. Our MINE-AIS method improves upon existing energy-based methods such as MINE-DV and MINE-F by directly optimizing a tighter lower bound on MI. MINE-AIS uses MCMC sampling to estimate gradients for training and Multi-Sample AIS for evaluating the bound. Our methods are particularly suitable for evaluating MI in deep generative models, since explicit forms of the marginal or joint densities are often available. We evaluate our bounds on estimating the MI of VAEs and GANs trained on the MNIST and CIFAR datasets, and showcase significant gains over existing bounds in these challenging settings with high ground truth MI.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,006 | 0,051 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,003 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,003 |
| Communication savante | 0,002 | 0,007 |
| Science ouverte | 0,004 | 0,005 |
| Intégrité de la recherche | 0,003 | 0,005 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».