Understanding of the pathophysiology of obstructive lung disease (OLD) is limited by available methods to examine the relationship between multi-omic molecular phenomena and clinical outcomes. Integrative factorization methods for multi-omic data can reveal latent patterns of variation describing important biological signal. However, most methods do not provide a framework for inference on the estimated factorization, simultaneously predict important disease phenotypes or clinical outcomes, nor accommodate multiple imputation. To address these gaps, we propose Bayesian Simultaneous Factorization (BSF). We use conjugate normal priors and show that the posterior mode of this model can be estimated by solving a structured nuclear norm-penalized objective that also achieves rank selection and motivates the choice of hyperparameters. We then extend BSF to simultaneously predict a continuous or binary response, termed Bayesian Simultaneous Factorization and Prediction (BSFP). BSF and BSFP accommodate concurrent imputation and full posterior inference for missing data, including "blockwise" missingness, and BSFP offers prediction of unobserved outcomes. We show via simulation that BSFP is competitive in recovering latent variation structure, as well as the importance of propagating uncertainty from the estimated factorization to prediction. We also study the imputation performance of BSF via simulation under missing-at-random and missing-not-at-random assumptions. Lastly, we use BSFP to predict lung function based on the bronchoalveolar lavage metabolome and proteome from a study of HIV-associated OLD. Our analysis reveals a distinct cluster of patients with OLD driven by shared metabolomic and proteomic expression patterns, as well as multi-omic patterns related to lung function decline. Software is freely available at https://github.com/sarahsamorodnitsky/BSFP .

我们开发了一种贝叶斯方法，以预测从具有多通道（即多维张量）结构的多个来源收集的数据的连续或二元结果。作为一个激励示例，我们将来自多个'Omics源的分子数据考虑在多个发育时间点上测量，作为恒河猴模型中早期铁缺乏症（ID）的预测指标。我们在系数上使用具有低级别结构的线性模型来捕获多路依赖性，并在每个源分别对系数的方差进行建模以推断其相对贡献。共轭先验促进了有效的吉布斯采样算法以进行后推理，假设有正常误差的连续结果或具有概率链接的二元结果。模拟表明，我们的模型在错误分类速率和估计系数与真实系数的相关性方面的性能如预期的，在考虑到不同来源的不同信号大小时，通过合并多路结构和适度的增长，可以通过稳定的性能增长。此外，它为我们的激励应用提供了可靠的ID猴子分类。以R代码形式的软件可在https://github.com/biostatskim/bayesmsmw上获得。

作为估计高维网络的工具，图形模型通常应用于钙成像数据以估计功能性神经元连接，即神经元活动之间的关系。但是，在许多钙成像数据集中，没有同时记录整个神经元的人群，而是部分重叠的块。如（Vinci等人2019年）最初引入的，这导致了图形缝问题，在该问题中，目的是在仅观察到功能的子集时推断完整图的结构。在本文中，我们研究了一种新颖的两步方法来绘制缝的方法，该方法首先使用低级协方差完成技术在估计图结构之前使用低级协方差完成技术划分完整的协方差矩阵。我们介绍了三种解决此问题的方法：阻止奇异价值分解，核标准惩罚和非凸低级别分解。尽管先前的工作已经研究了低级别矩阵的完成，但我们解决了阻碍遗失的挑战，并且是第一个在图形学习背景下研究问题的挑战。我们讨论了两步过程的理论特性，通过证明新颖的l无限 - 基 - 误差界的矩阵完成，以块错失性证明了一种提出的方​​法的图选择一致性。然后，我们研究了所提出的方法在模拟和现实世界数据示例上的经验性能，通过该方法，我们显示了这些方法从钙成像数据中估算功能连通性的功效。

我们引入了一种新的经验贝叶斯方法，用于大规模多线性回归。我们的方法结合了两个关键思想：（i）使用灵活的“自适应收缩”先验，该先验近似于正常分布的有限混合物，近似于正常分布的非参数家族； （ii）使用变分近似来有效估计先前的超参数并计算近似后期。将这两个想法结合起来，将快速，灵活的方法与计算速度相当，可与快速惩罚的回归方法（例如Lasso）相当，并在各种场景中具有出色的预测准确性。此外，我们表明，我们方法中的后验平均值可以解释为解决惩罚性回归问题，并通过直接解决优化问题（而不是通过交叉验证来调整）从数据中学到的惩罚函数的精确形式。 。我们的方法是在r https://github.com/stephenslab/mr.ash.ash.alpha的r软件包中实现的

Rapid advancements in collection and dissemination of multi-platform molecular and genomics data has resulted in enormous opportunities to aggregate such data in order to understand, prevent, and treat human diseases. While significant improvements have been made in multi-omic data integration methods to discover biological markers and mechanisms underlying both prognosis and treatment, the precise cellular functions governing these complex mechanisms still need detailed and data-driven de-novo evaluations. We propose a framework called Functional Integrative Bayesian Analysis of High-dimensional Multiplatform Genomic Data (fiBAG), that allows simultaneous identification of upstream functional evidence of proteogenomic biomarkers and the incorporation of such knowledge in Bayesian variable selection models to improve signal detection. fiBAG employs a conflation of Gaussian process models to quantify (possibly non-linear) functional evidence via Bayes factors, which are then mapped to a novel calibrated spike-and-slab prior, thus guiding selection and providing functional relevance to the associations with patient outcomes. Using simulations, we illustrate how integrative methods with functional calibration have higher power to detect disease related markers than non-integrative approaches. We demonstrate the profitability of fiBAG via a pan-cancer analysis of 14 cancer types to identify and assess the cellular mechanisms of proteogenomic markers associated with cancer stemness and patient survival.

贝叶斯拉索是在线性回归框架中构建的，并应用了吉布斯采样以估计回归参数。本文开发了一种新的稀疏学习模型，称为贝叶斯套索稀疏（BLS）模型，该模型采用了贝叶斯拉索的层次模型公式。与原始贝叶斯套索的主要区别在于估计程序；BLS方法使用基于II类型最大似然过程的学习算法。与贝叶斯拉索相反，BLS提供了回归参数的稀疏估计值。BLS方法还通过引入内核功能来得出非线性监督学习问题。我们将BLS模型与众所周知的相关矢量机，快速拉普拉斯法，再见套索和套索在模拟和真实数据上进行了比较。数值结果表明，BLS稀疏而精确，尤其是在处理嘈杂和不规则数据集时。

多维时空数据的概率建模对于许多现实世界应用至关重要。然而，现实世界时空数据通常表现出非平稳性的复杂依赖性，即相关结构随位置/时间而变化，并且在空间和时间之间存在不可分割的依赖性，即依赖关系。开发有效和计算有效的统计模型，以适应包含远程和短期变化的非平稳/不可分割的过程，成为一项艰巨的任务，尤其是对于具有各种腐败/缺失结构的大规模数据集。在本文中，我们提出了一个新的统计框架 - 贝叶斯互补内核学习（BCKL），以实现多维时空数据的可扩展概率建模。为了有效地描述复杂的依赖性，BCKL与短距离时空高斯过程（GP）相结合的内核低级分解（GP），其中两个组件相互补充。具体而言，我们使用多线性低级分组组件来捕获数据中的全局/远程相关性，并基于紧凑的核心函数引入加法短尺度GP，以表征其余的局部变异性。我们为模型推断开发了有效的马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）算法，并在合成和现实世界时空数据集上评估了所提出的BCKL框架。我们的结果证实了BCKL在提供准确的后均值和高质量不确定性估计方面的出色表现。

语境。斑点检测是天文学中的常见问题。一个例子是在恒星种群建模中，其中从观察结果推断出星系中恒星年龄和金属性的分布。在这种情况下，斑点可能对应于原位的恒星与从卫星中吸收的恒星相对应，而BLOB检测的任务是解散这些组件。当分布带来重大不确定性时，就会出现一个困难，就像从未解决的恒星系统的建模光谱中推断出的恒星种群的情况一样。目前没有不确定性检测BLOB检测的令人满意的方法。目标。我们介绍了一种在恒星系统综合光谱的恒星种群建模的背景下开发的不确定性感知斑点检测方法。方法。我们为经典的blob检测方法的经典laplacian方法的不确定性感知版本开发了理论和计算工具，我们称之为ULOG。这确定了考虑各种尺度的重要斑点。作为将ULOG应用于恒星种群建模的先决条件，我们引入了一种有效计算光谱建模不确定性的方法。该方法基于截断的奇异值分解和马尔可夫链蒙特卡洛采样（SVD-MCMC）。结果。我们将方法应用于星团M54的数据。我们表明，SVD-MCMC推断与标准MCMC的推断相匹配，但计算速度更快。我们将ULOG应用于推断的M54年龄/金属性分布，识别其恒星中的2或3个显着不同的种群。

The horseshoe prior is known to possess many desirable properties for Bayesian estimation of sparse parameter vectors, yet its density function lacks an analytic form. As such, it is challenging to find a closed-form solution for the posterior mode. Conventional horseshoe estimators use the posterior mean to estimate the parameters, but these estimates are not sparse. We propose a novel expectation-maximisation (EM) procedure for computing the MAP estimates of the parameters in the case of the standard linear model. A particular strength of our approach is that the M-step depends only on the form of the prior and it is independent of the form of the likelihood. We introduce several simple modifications of this EM procedure that allow for straightforward extension to generalised linear models. In experiments performed on simulated and real data, our approach performs comparable, or superior to, state-of-the-art sparse estimation methods in terms of statistical performance and computational cost.

Matrix factorization exploits the idea that, in complex high-dimensional data, the actual signal typically lies in lower-dimensional structures. These lower dimensional objects provide useful insight, with interpretability favored by sparse structures. Sparsity, in addition, is beneficial in terms of regularization and, thus, to avoid over-fitting. By exploiting Bayesian shrinkage priors, we devise a computationally convenient approach for high-dimensional matrix factorization. The dependence between row and column entities is modeled by inducing flexible sparse patterns within factors. The availability of external information is accounted for in such a way that structures are allowed while not imposed. Inspired by boosting algorithms, we pair the the proposed approach with a numerical strategy relying on a sequential inclusion and estimation of low-rank contributions, with data-driven stopping rule. Practical advantages of the proposed approach are demonstrated by means of a simulation study and the analysis of soccer heatmaps obtained from new generation tracking data.

多任务学习经常用于对一组相同功能集的一组相关响应变量进行建模，从而相对于分别处理每个响应变量的方法提高了预测性能和建模精度。尽管多任务学习的潜力比单任务替代方案具有更强大的推理，但该领域的先前工作在很大程度上忽略了不确定性量化。我们在本文中的重点是神经影像学中常见的多任务问题，其目标是了解多个认知任务分数（或其他主题级评估）与从成像收集的脑连接数据之间的关系。我们提出了一个选择性推断以解决此问题的框架，并具有以下灵活性：（i）通过稀疏性惩罚共同确定每个任务的相关协变量，（ii）基于估计的稀疏性在模型中进行有效推理结构体。我们的框架为推理提供了新的有条件过程，基于选择事件的改进，该事件产生了可拖延的选择调整后的可能性。这给出了最大似然推理的估计方程式的近似系统，可通过单个凸优化问题解决，并使我们能够在大约正确的覆盖范围内有效地形成置信区间。我们的选择性推理方法应用于青少年认知大脑发展（ABCD）研究的模拟数据和数据，比常用的替代方案（例如数据拆分）产生了更紧密的置信区间。我们还通过模拟证明，与单任务方法相比，具有选择性推理的多任务学习可以更准确地恢复真实信号。

在本文中，我们介绍了一种用于学习非负矩阵分解（NMF）的概率模型，该模型通常用于预测数据中缺失值并在数据中找到隐藏模式，其中矩阵因子是与每个数据维度相关的潜在变量。通过在非负子空间上支持先验的先验，可以处理潜在因素的非阴性约束。采用基于Gibbs抽样的贝叶斯推理程序。我们在几个现实世界中的数据集上评估了该模型，包括Movielens 100K和Movielens 1M具有不同尺寸和尺寸的Movielens，并表明所提出的贝叶斯NMF GRRN模型可导致更好的预测，并避免与现有的贝叶斯NMF方法相比，避免过度适应。

我们引入了一个具有隐式规范正规化的概率模型，用于学习非负矩阵分解（NMF），该模型通常用于预测缺失值并在数据中找到隐藏模式，其中矩阵因子是与每个数据维度相关的潜在变量。潜在因素的非负限制是通过选择基于指数函数的指数密度或分布的支持的先验来处理的。采用基于Gibbs抽样的贝叶斯推理程序。我们在几个现实世界数据集上评估了该模型，包括癌症中药物敏感性的基因组学（GDSC $ ic_ {50} $）和具有不同尺寸和尺寸的基因体甲基化，并表明拟议的贝叶斯NMF GL $ _2^2^2 $ and and anGL $ _ \ infty $模型可以对不同的数据值进行强大的预测，并避免与竞争性贝叶斯NMF方法相比过度拟合。

近年来，深度学习（DL）方法的流行程度急剧增加，并且在生物医学科学中的监督学习问题中的应用显着增长。但是，现代生物医学数据集中缺失数据的较高流行率和复杂性对DL方法提出了重大挑战。在这里，我们在深入学习的广义线性模型的背景下，对缺失数据进行了正式处理，这是一种监督的DL架构，用于回归和分类问题。我们提出了一种新的体系结构，即\ textit {dlglm}，这是第一个能够在训练时在输入功能和响应中灵活地说明忽略和不可忽视的缺失模式之一。我们通过统计模拟证明，我们的方法在没有随机（MNAR）缺失的情况下胜过现有的监督学习任务方法。我们从UCI机器学习存储库中对银行营销数据集进行了案例研究，在该数据集中我们预测客户是否基于电话调查数据订阅了产品。

The widely used 'Counterfactual' definition of Causal Effects was derived for unbiasedness and accuracy - and not generalizability. We propose a simple definition for the External Validity (EV) of Interventions and Counterfactuals. The definition leads to EV statistics for individual counterfactuals, and to non-parametric effect estimators for sets of counterfactuals (i.e., for samples). We use this new definition to discuss several issues that have baffled the original counterfactual formulation: out-of-sample validity, reliance on independence assumptions or estimation, concurrent estimation of multiple effects and full-models, bias-variance tradeoffs, statistical power, omitted variables, and connections to current predictive and explaining techniques. Methodologically, the definition also allows us to replace the parametric, and generally ill-posed, estimation problems that followed the counterfactual definition by combinatorial enumeration problems in non-experimental samples. We use this framework to generalize popular supervised, explaining, and causal-effect estimators, improving their performance across three dimensions (External Validity, Unconfoundness and Accuracy) and enabling their use in non-i.i.d. samples. We demonstrate gains over the state-of-the-art in out-of-sample prediction, intervention effect prediction and causal effect estimation tasks. The COVID19 pandemic highlighted the need for learning solutions to provide general predictions in small samples - many times with missing variables. We also demonstrate applications in this pressing problem.

近年来，深度学习（DL）方法的流行程度大大增加。尽管在图像数据的分类和操纵中证明了其最初的成功，但DL方法应用于生物医学科学中的问题的应用已显着增长。但是，生物医学数据集中缺失数据的较高流行率和复杂性对DL方法提出了重大挑战。在这里，我们在变化自动编码器（VAE）的背景下提供了对缺失数据的正式处理，这是一种普遍用于缩小尺寸，插补和学习复杂数据的潜在表示的流行无监督的DL体系结构。我们提出了一种新的VAE架构Nimiwae，这是第一个在训练时在输入功能中灵活解释可忽视和不可忽视的缺失模式之一。训练后，可以从缺失数据的后验分布中得出样本，可用于多个插补，从而促进高维不完整数据集的下游分析。我们通过统计模拟证明，我们的方法优于无监督的学习任务和插定精度的现有方法。我们以与12,000名ICU患者有关的EHR数据集的案例研究结束，该数据集具有大量诊断测量和临床结果，其中仅观察到许多特征。

多项式概率贝叶斯添加剂回归树（MPBART）框架是由Kindo等人提出的。 （KD），与BART的多项式概率（MNP）模型中的潜在实用程序近似（Chipman等人，2010年）。与多项式逻辑模型相比，MNP不假定独立的替代方案，并且可以通过多元高斯分布式潜在实用程序指定替代方案之间的相关结构。我们介绍了两种新算法，以拟合MPBART，并表明我们的提案的理论混合速率相等或优于KD中现有的算法。通过模拟，我们探讨了方法对参考水平的选择，结果频率的不平衡以及实用程序误差项的先前超参数的规格。这项工作是由基于电子健康记录（EHR）从肯尼亚提供医疗保健（AMPATH）的学术模型中的电子健康记录（EHR）来实现后验预测分布来在HIV阳性患者中进行护理的后验预测分配的动机。在应用程序和模拟中，与KD相比，在MCMC收敛速率和后验预测精度方面，我们使用建议的性能更好。

尽管电子健康记录是生物医学研究的丰富数据来源，但这些系统并未在医疗环境中统一地实施，并且由于医疗保健碎片化和孤立的电子健康记录之间缺乏互操作性，可能缺少大量数据。考虑到缺少数据的案例的删除可能会在随后的分析中引起严重的偏见，因此，一些作者更喜欢采用多重插补策略来恢复缺失的信息。不幸的是，尽管几项文献作品已经通过使用现在可以自由研究的任何不同的多个归档算法记录了有希望的结果，但尚无共识，MI算法效果最好。除了选择MI策略之外，归纳算法及其应用程序设置的选择也至关重要且具有挑战性。在本文中，受鲁宾和范布伦的开创性作品的启发，我们提出了一个方法学框架，可以应用于评估和比较多种多个插补技术，旨在选择用于计算临床研究工作中最有效的推断。我们的框架已被应用于验证和扩展较大的队列，这是我们在先前的文献研究中提出的结果，我们在其中评估了关键患者的描述符和Covid-19的影响在2型糖尿病患者中的影响，其数据为2型糖尿病，其数据为2型糖尿病由国家共同队列合作飞地提供。

潜在位置网络模型是网络科学的多功能工具;应用程序包括集群实体，控制因果混淆，并在未观察的图形上定义前提。估计每个节点的潜在位置通常是贝叶斯推理问题的群体，吉布斯内的大都市是最流行的近似后分布的工具。然而，众所周知，GIBBS内的大都市对于大型网络而言是低效;接受比计算成本昂贵，并且所得到的后绘高度相关。在本文中，我们提出了一个替代的马尔可夫链蒙特卡罗战略 - 使用分裂哈密顿蒙特卡罗和萤火虫蒙特卡罗的组合定义 - 利用后部分布的功能形式进行更有效的后退计算。我们展示了这些战略在吉布斯和综合网络上的其他算法中优于大都市，以及学区的教师和工作人员的真正信息共享网络。

我们提出了一种变分贝叶斯比例危险模型，用于预测和可变选择的关于高维存活数据。我们的方法基于平均场变分近似，克服了MCMC的高计算成本，而保留有用的特征，提供优异的点估计，并通过后夹层概念提供可变选择的自然机制。我们提出的方法的性能通过广泛的仿真进行评估，并与其他最先进的贝叶斯变量选择方法进行比较，展示了可比或更好的性能。最后，我们展示了如何在两个转录组数据集上使用所提出的方法进行审查的生存结果，其中我们识别具有预先存在的生物解释的基因。