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Enregistrement W4415645328 · doi:10.36227/techrxiv.176170993.37005709/v1

PAC-Bayes Certificates for Bayesian Inverse Problems: A Case Study on the Heat Equation

2025· article· W4415645328 sur OpenAlexaff
Chanpreet Kaur

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langue
DomaineComputer Science
ThématiqueGaussian Processes and Bayesian Inference
Établissements canadiensArtificial Intelligence in Medicine (Canada)
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésBayesian probabilityInverse problemBayesian inferenceInversePartial differential equationInferenceHeat equationBayesian statistics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

In scientific and engineering contexts requiring inference of material properties from sparse and noisy sensor data, Bayesian inverse problems governed by partial differential equations play a central role. Although classical Bayesian methods produce credible intervals and posterior distributions, they lack finite-sample guarantees regarding forecast accuracy for new data. In safety-critical domains such as thermal engineering, materials testing, and structural health monitoring, too much faith on uncertainty estimates can result in inaccurate predictions and potentially terrible outcomes. This study addresses the identified gap by introducing the first Probably Approximately Correct-Bayesian (PAC-Bayes) generalization certificates for Bayesian inverse partial differential equation (PDE) problems, using thermal conductivity inference in the one-dimensional heat equation as a case study. The suggested methodology offers finite-sample, distribution-free upper limits on prediction error by utilizing the connection between Gibbs distributions and tempered Bayesian posteriors.Theoretical validity is maintained through the use of a sigmoid-bounded squared loss function, which preserves sensitivity to prediction quality. To ensure certificate validity across varying mesh resolutions and to achieve monotonic improvement with refinement, the approach incorporates a mesh-robust decomposition that separates statistical generalization error from numerical discretization bias. Extensive experiments involving 1,728 parameter combinations systematically vary mesh resolutions, posterior temperatures, noise levels, and sensor counts. Results demonstrate that PAC-Bayes certificates effectively identify overfitting in cases where conventional credible intervals are misleadingly narrow, particularly under low sensor density or high noise conditions, where reliability is essential. Certificate gaps, typically between 7-9%, provide conservative and practical bounds that are independent of mesh artifacts. The discretization penalty decreases with secondorder convergence, supporting the robustness of the statistical guarantee. Ongoing certificate extensions enable applicability in streaming and iterative computational contexts. The proposed architecture functions as a modular post-inference layer that integrates into any Bayesian inverse partial differential equation pipeline without modification of priors, likelihoods, or solvers. By offering auditable and conservative generalization guarantees that complement parameter-space credible intervals, this approach enhances the reliability and credibility of uncertainty quantification in scientific machine learning and data-limited engineering contexts, particularly where decision-making carries significant consequences. The complete methodology, including code and reproducibility artifacts, is publicly available.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,012
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,050
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Théorique ou conceptuel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,012
Score d'incertitude au seuil0,066

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0120,050
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,003
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0010,003
Intégrité de la recherche0,0020,004
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,077
Tête enseignante GPT0,301
Écart entre enseignants0,225 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeThéorique ou conceptuel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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