Najważniejsze algorytmy MCMC są oparte na idei odwracalności łańcucha Markowa.
Łańcuch o jądrze
W skrócie,
Odwracalność implikuje, że rozkład
Jeśli
To jest pierwszy historycznie i wciąż najważniejszy algorytm MCMC. Zakładamy, że umiemy generować łańcuch Markowa z pewnym jądrem
Rozkład docelowy:
Rozkład ,,propozycji”:
Reguła akceptacji:
Algorytm Metropolisa-Hastingsa (MH) interpretujemy jako ,,błądzenie losowe” zgodnie z jądrem przejścia
function |
Gen |
Gen |
if |
begin |
|
end |
|
Łańcuch Markowa powstaje zgodnie z następującym schematem:
Gen |
for |
begin |
|
end |
Jądro przejścia M-H jest następujące:
Dla przestrzeni skończonej, jądro łańcucha MH redukuje się do macierzy prawdopodobieństwprzejścia. Wzór jest w tym przypadku
bardzo prosty: dla
Jądro przejścia MH jest odwracalne względem
Ograniczmy się do przestrzeni skończonej, żeby nie komplikować oznaczeń. W ogólnym przypadku dowód jest w zasadzie taki sam, tylko napisy stają się mniej czytelne. Niech (bez straty ogólności)
Wtedy
Uwagi historyczne:
Metropolis w 1953 zaproponował algorytm, w którym zakłada się symetrię rozkładu propozycji,
Hastings w 1970 uogólnił rozważania na przypadek niesymetrycznego
Uwaga ważna:
Algorytm MH wymaga znajomości gęstość
Drugim podstawowym algorytmem MCMC jest próbnik Gibbsa (PG) (Gibbs Sampler, GS).
Załóżmy, że przestrzeń na której żyje docelowy rozkład
Jeśli
Rozkład docelowy (gęstość):
Pełne rozkłady warunkowe (full conditionals):
Mały krok PG jest zmianą
Prawdopodobieństwo przejścia małego kroku PG (w przypadku przestrzeni skończonej) jest takie:
Mały krok PG jest
Niech
(skorzystaliśmy z symetrii).
∎Oczywiście, trzeba jeszcze zadbać o to, żeby łańcuch generowany przez PG był nieprzywiedlny. Trzeba zmieniać wszystkie współrzędne, nie tylko jedną. Istnieją dwie zasadnicze odmiany próbnika Gibbsa, różniące się spoobem wyboru współrzędnych do zmiany.
Losowy wybór współrzędnych, ,,LosPG”.
Systematyczny wybór współrzędnych, ,,SystemPG”.
Losowy PG. Wybieramy współrzędną
function |
Gen |
Gen |
|
|
Jądro przejścia w ,,dużym” kroku losowego PG jest takie:
LosPG jest odwracalny.
Systematyczny PG. Współrzędne są zmieniane w porządku cyklicznym.
function |
begin |
Gen |
Gen |
|
Gen |
|
end |
Jądro przejścia w ,,dużym” kroku systematycznego PGjest następujące.
Systematyczny PG nie jest odwracalny. Ale jest
Przy projektowaniu konkretnych realizacji PG pojawia się szereg problemów, ważnych zarówno z praktycznego jak i
teoretycznego punktu widzenia. Jak wybrać rozkład
Systematyczny PG jest uważany za bardziej efektywny i częściej stosowany w praktyce. Z drugiej strony jest trudniejszy do analizy teoretycznej, niż losowy PG.
Treść automatycznie generowana z plików źródłowych LaTeXa za pomocą oprogramowania wykorzystującego LaTeXML.
strona główna | webmaster | o portalu | pomoc
© Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki UW, 2009-2010. Niniejsze materiały są udostępnione bezpłatnie na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Bez utworów zależnych 3.0 Polska.
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.
Projekt współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego i przez Uniwersytet Warszawski.