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Enregistrement W7132900222

Efficient implementation of Gaussian process priors within flexible Bayesian hierarchical models

2024· dissertation· W7132900222 sur OpenAlexaboutno aff
Ziang Zhang

Notice bibliographique

RevueTSpace · 2024
Typedissertation
Langue
DomaineComputer Science
ThématiqueGaussian Processes and Bayesian Inference
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPrior probabilityGaussian processBayesian probabilityInferenceSmoothingBayesian inferenceFlexibility (engineering)GaussianFunction (biology)
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

With the advancement of modern computational methods, Bayesian inference in complex hierarchical models has become prevalent. A main challenge for these models is the inference of unknown functions, such as disease dynamics over time. To effectively capture the variability of these unknown functions while remaining mathematically tractable, Gaussian Processes (GPs) have emerged as a popular choice of priors. Their flexibility allows for the encoding of various prior beliefs about the shape and smoothness of the unknown function, which can be fine-tuned through the covariance function to incorporate specific attributes like periodicity and differentiability. Meanwhile, their mathematical tractability makes it possible to infer complex functionals like derivatives and integrals that would otherwise be intractable. While the integration of Gaussian Processes (GPs) with Bayesian hierarchical models offers a powerful toolkit for data analysis, it comes with substantial computational demands. This limitation often hinders the practical application of GPs, especially in modern data science problems involving large datasets. To address this bottleneck, this thesis focuses on developing methods that enable the efficient use of GPs within a Bayesian framework. Specifically, I introduce a one-parameter family of GPs defined by a linear differential equation, which offers an interpretable way to encode belief about the shape and behavior of the unknown function, and encompasses various GP models suitable for tasks like smoothing and detecting quasi-periodic fluctuations. To mitigate the challenging computation, I proposed finite dimensional approximations for GPs in this family using the Finite Element Method (FEM). The strategies of these FEM approximation are motivated the property of each GP to simultaneously achieve computational efficiency and approximation accuracy. Extensive numerical studies and rigorous convergence theories substantiate the efficiency and accuracy of the approximations. To determine the appropriate prior for the parameter of this GP family that incorporates domain knowledge in an interpretable and justifiable way, I further developed a novel prior elicitation method based on the concept of predictive standard deviation (PSD). The results of this research are made accessible through open-source software, empowering researchers across various fields to apply these new methods to large and complex datasets. To demonstrate their practical utility, I present extensive applications of the proposed methods.In the context of COVID-19 risk modeling, I apply the Integrated Wiener Process from this one-parameter family to make model-based inference jointly on the function and its derivatives . This newly developed smoothing method is shown to provide efficient, accurate, and interpretable estimates of both the death rate and its rate of change. To make model-based inference of quasi-periodic functions, another class of GP from this family called seasonal Gaussian Process is introduced with applications to various analyses, including excess mortality in Canada due to COVID-19, lynx counts, sunspots, and CO2 concentration over time.

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)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,015
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: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,020
Score d'incertitude au seuil0,040

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,015
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,002
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0030,003
Intégrité de la recherche0,0020,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0050,002

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 Opus0,021
Tête enseignante GPT0,359
Écart entre enseignants0,337 · 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
GenreMéthodes

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
Publié2024
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Résumé présentoui

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