Accelerating Langevin Sampling with Birth-death

采样(信号处理) 医学 统计物理学 物理 计算机科学 计算机视觉 滤波器(信号处理)
作者
Yulong Lu,Jianfeng Lu,James Nolen
出处
期刊:Cornell University - arXiv 被引量:19
标识
DOI:10.48550/arxiv.1905.09863
摘要

A fundamental problem in Bayesian inference and statistical machine learning is to efficiently sample from multimodal distributions. Due to metastability, multimodal distributions are difficult to sample using standard Markov chain Monte Carlo methods. We propose a new sampling algorithm based on a birth-death mechanism to accelerate the mixing of Langevin diffusion. Our algorithm is motivated by its mean field partial differential equation (PDE), which is a Fokker-Planck equation supplemented by a nonlocal birth-death term. This PDE can be viewed as a gradient flow of the Kullback-Leibler divergence with respect to the Wasserstein-Fisher-Rao metric. We prove that under some assumptions the asymptotic convergence rate of the nonlocal PDE is independent of the potential barrier, in contrast to the exponential dependence in the case of the Langevin diffusion. We illustrate the efficiency of the birth-death accelerated Langevin method through several analytical examples and numerical experiments.

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