Optimal neural summarization for full-field weak lensing cosmological implicit inference
Notice bibliographique
Résumé
Context. Traditionally, weak lensing cosmological surveys have been analyzed using summary statistics that were either motivated by their analytically tractable likelihoods (e.g., power spectrum) or by their ability to access some higher-order information (e.g., peak counts), but at the cost of requiring a simulation-based inference approach. In both cases, even if the statistics can be very informative, they are not designed nor guaranteed to be statistically sufficient (i.e., to capture all the cosmological information content of the data). With the rise of deep learning, however, it has becomes possible to create summary statistics that are specifically optimized to extract the full cosmological information content of the data. Yet, a fairly wide range of loss functions have been used in practice in the weak lensing literature to train such neural networks, leading to the natural question of whether a given loss should be preferred and whether sufficient statistics can be achieved in theory and in practice under these different choices. Aims. We compare different neural summarization strategies that have been proposed in the literature to identify the loss function that leads to theoretically optimal summary statistics for performing full-field cosmological inference. In doing so, we aim to provide guidelines and insights to the community to help guide future neural network-based cosmological inference analyses. Methods. We designed an experimental setup that allows us to isolate the specific impact of the loss function used to train neural summary statistics on weak lensing data at fixed neural architecture and simulation-based inference pipeline. To achieve this, we developed the sbi_lens JAX package, which implements an automatically differentiable lognormal weak lensing simulator and the tools needed to perform explicit full-field inference with a Hamiltonian Monte Carlo (HMC) sampler over this model. Using sbi_lens , we simulated a w CDM LSST Year 10 weak lensing analysis scenario in which the full-field posterior obtained by HMC sampling gives us a ground truth that can be compared to different neural summarization strategies. Results. We provide theoretical insight into the different loss functions being used in the literature, including mean squared error (MSE) regression, and show that some do not necessarily lead to sufficient statistics, while those motivated by information theory, in particular variational mutual information maximization (VMIM), can in principle lead to sufficient statistics. Our numerical experiments confirm these insights, and we show on our simulated w CDM scenario that the figure of merit (FoM) of an analysis using neural summary statistics optimized under VMIM achieves 100% of the reference Ω c − σ 8 full-field FoM, while an analysis using summary statistics trained under simple MSE achieves only 81% of the same reference FoM.
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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 | 0,003 | 0,017 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,004 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,006 | 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 ».