The Bayesian additive regression trees (BART) model is an ensemble method extensively and successfully used in regression tasks due to its consistently strong predictive performance and its ability to quantify uncertainty. BART combines "weak" tree models through a set of shrinkage priors, whereby each tree explains a small portion of the variability in the data. However, the lack of smoothness and the absence of a covariance structure over the observations in standard BART can yield poor performance in cases where such assumptions would be necessary. We propose Gaussian processes Bayesian additive regression trees (GP-BART) as an extension of BART which assumes Gaussian process (GP) priors for the predictions of each terminal node among all trees. We illustrate our model on simulated and real data and compare its performance to traditional modelling approaches, outperforming them in many scenarios. An implementation of our method is available in the R package rGPBART available at: https://github.com/MateusMaiaDS/gpbart

儿童健康研究支持孕产妇环境暴露与儿童的出生结果之间的联系。一个共同的目标是确定敏感性的关键窗口 - 妊娠期间与孕产妇暴露与未来结果之间的关联增加的妊娠期。关键窗户的时间和关联的大小可能在不同级别的个体，家庭和邻里特征之间是异质的。使用行政科罗拉多州出生队列，我们​​估计妊娠和出生体重期间每周暴露于细颗粒物（PM2.5）之间的个性化关系。为了实现这一目标，我们提出了一种统计学习方法，将分布式滞后模型和贝叶斯添加剂回归树结合在一起，以估算单个级别的关键窗口，并确定从一组高维的潜在修改因素集中诱导异质性的特征。我们发现PM2.5出生体重关系中异质性的证据，一些母子二元组显示出3倍的出生体重下降3倍，IQR的暴露量增加（5.9至8.5 $ \ MU G/m^3 $ PM2 .5）与人口平均水平相比。具体而言，我们发现对年轻的非西班牙裔母亲的敏感性增加，体重指数更高或受教育程度较低。我们的案例研究是关键窗口的首次精确健康研究。

Default implementations of Bayesian Additive Regression Trees (BART) represent categorical predictors using several binary indicators, one for each level of each categorical predictor. Regression trees built with these indicators partition the levels using a ``remove one a time strategy.'' Unfortunately, the vast majority of partitions of the levels cannot be built with this strategy, severely limiting BART's ability to ``borrow strength'' across groups of levels. We overcome this limitation with a new class of regression tree and a new decision rule prior that can assign multiple levels to both the left and right child of a decision node. Motivated by spatial applications with areal data, we introduce a further decision rule prior that partitions the areas into spatially contiguous regions by deleting edges from random spanning trees of a suitably defined network. We implemented our new regression tree priors in the flexBART package, which, compared to existing implementations, often yields improved out-of-sample predictive performance without much additional computational burden. We demonstrate the efficacy of flexBART using examples from baseball and the spatiotemporal modeling of crime.

本文开发了贝叶斯因果林的稀疏诱导版本，最近提出的非参数因果回归模型采用贝叶斯添加剂回归树，专门设计用于使用观察数据来估计异质治疗效果。我们介绍的稀疏诱导组件是通过实证研究的动机，其中不是所有可用的协变量相关的，导致在估计个体治疗效果的兴趣表面底层的不同程度。在这项工作中提供的扩展版本，我们命名贝叶斯因果森林，配备了一对允许模型通过树集合中的相应数量的分裂调节每个协变量的重量。这些前瞻改善了模型对稀疏数据产生过程的适应性，并且允许在治疗效果估计的框架中进行完全贝叶斯特征缩收，从而揭示推动异质性的调节因子。此外，该方法允许先前了解相关的混杂协变量和对模型中掺入结果的影响的相对幅度。我们说明了我们在模拟研究中的方法的表现，与贝叶斯因果林和其他最先进的模型相比，展示如何与越来越多的协变量以及其如何处理强烈混淆的情景。最后，我们还提供了使用真实数据的应用程序的示例。

贝叶斯正交（BQ）是一种解决贝叶斯方式中数值集成问题的方法，允许用户量化其对解决方案的不确定性。 BQ的标准方法基于Intains的高斯过程（GP）近似。结果，BQ本质上仅限于可以以有效的方式完成GP近似的情况，因此通常禁止非常高维或非平滑的目标功能。本文提出使用基于贝叶斯添加剂回归树（BART）前锋的新的贝叶斯数值集成算法来解决这个问题，我们调用Bart-Int。 BART Priors易于调整，适合不连续的功能。我们证明它们在顺序设计环境中，它们也会自然地借给自己，并且可以在各种设置中获得显式收敛速率。这种新方法的优点和缺点在包括Genz功能的一组基准测试和贝叶斯调查设计问题上突出显示。

我们引入了一种新颖的方式，将增强功能与高斯工艺和混合效应模型相结合。首先，在高斯过程中先前的平均函数的零或线性假设可以放松，并以灵活的非参数方式分组随机效应模型，其次，第二个在大多数增强算法中做出的独立性假设。前者有利于预测准确性和避免模型错误。后者对于有效学习固定效应预测函数和获得概率预测很重要。我们提出的算法也是用于处理培养树木中高心电图分类变量的新颖解决方案。此外，我们提出了一个扩展名，该扩展是使用维奇亚近似为高斯工艺模型缩放到大数据的，该模型依靠新的结果进行协方差参数推断。与几个模拟和现实世界数据集的现有方法相比，我们获得了提高的预测准确性。

大型观察数据越来越多地提供健康，经济和社会科学等学科，研究人员对因果问题而不是预测感兴趣。在本文中，从旨在调查参与学校膳食计划对健康指标的实证研究，研究了使用非参数回归的方法估算异质治疗效果的问题。首先，我们介绍了与观察或非完全随机数据进行因果推断相关的设置和相关的问题，以及如何在统计学习工具的帮助下解决这些问题。然后，我们审查并制定现有最先进的框架的统一分类，允许通过非参数回归模型来估算单个治疗效果。在介绍模型选择问题的简要概述后，我们说明了一些关于三种不同模拟研究的方法的性能。我们通过展示一些关于学校膳食计划数据的实证分析的一些方法的使用来结束。

高斯流程是许多灵活的统计和机器学习模型的关键组成部分。但是，由于需要倒转和存储完整的协方差矩阵，它们表现出立方计算的复杂性和高内存约束。为了解决这个问题，已经考虑了高斯流程专家的混合物，其中数据点被分配给独立专家，从而通过允许基于较小的局部协方差矩阵来降低复杂性。此外，高斯流程专家的混合物大大富含模型的灵活性，从而允许诸如非平稳性，异方差和不连续性等行为。在这项工作中，我们基于嵌套的蒙特卡洛采样器构建了一种新颖的推理方法，以同时推断门控网络和高斯工艺专家参数。与重要性采样相比，这大大改善了推断，尤其是在固定高斯流程不合适的情况下，同时仍然完全平行。

确定对特定干预措施（医疗或政策）响应特别好（或不良）的亚组，需要专门针对因果推理量身定制的新监督学习方法。贝叶斯因果森林（BCF）是一种最近的方法，已被记录在数据生成过程中，具有强烈混杂的方法，这种方法在许多应用中都具有合理的方式。本文开发了一种用于拟合BCF模型的新型算法，该算法比先前可用的Gibbs采样器更有效。新算法可用于初始化现有Gibbs采样器的独立链，从而使模拟研究中相关间隔估计值的后验探索和覆盖率更好。通过模拟研究和经验分析将新算法与相关方法进行比较。

回归模型用于各种应用，为来自不同领域的研究人员提供强大的科学工具。线性或简单的参数，模型通常不足以描述输入变量与响应之间的复杂关系。通过诸如神经网络的灵活方法可以更好地描述这种关系，但这导致不太可解释的模型和潜在的过度装备。或者，可以使用特定的参数非线性函数，但是这种功能的规范通常是复杂的。在本文中，我们介绍了一种灵活的施工方法，高度灵活的非线性参数回归模型。非线性特征是分层的，类似于深度学习，但对要考虑的可能类型的功能具有额外的灵活性。这种灵活性，与变量选择相结合，使我们能够找到一小部分重要特征，从而可以更具可解释的模型。在可能的功能的空间内，考虑了贝叶斯方法，基于它们的复杂性引入功能的前沿。采用遗传修改模式跳跃马尔可夫链蒙特卡罗算法来执行贝叶斯推理和估计模型平均的后验概率。在各种应用中，我们说明了我们的方法如何用于获得有意义的非线性模型。此外，我们将其预测性能与多个机器学习算法进行比较。

在过去几十年中，已经提出了各种方法，用于估计回归设置中的预测间隔，包括贝叶斯方法，集合方法，直接间隔估计方法和保形预测方法。重要问题是这些方法的校准：生成的预测间隔应该具有预定义的覆盖水平，而不会过于保守。在这项工作中，我们从概念和实验的角度审查上述四类方法。结果来自各个域的基准数据集突出显示从一个数据集中的性能的大波动。这些观察可能归因于违反某些类别的某些方法所固有的某些假设。我们说明了如何将共形预测用作提供不具有校准步骤的方法的方法的一般校准程序。

标准GPS为行为良好的流程提供了灵活的建模工具。然而，预计与高斯的偏差有望在现实世界数据集中出现，结构异常值和冲击通常会观察到。在这些情况下，GP可能无法充分建模不确定性，并且可能会过度推动。在这里，我们将GP框架扩展到一类新的时间变化的GP，从而可以直接建模重尾非高斯行为，同时通过非均匀GPS表示的无限混合物保留了可拖动的条件GP结构。有条件的GP结构是通过在潜在转化的输入空间上调节观测值来获得的，并使用L \'{e} Vy过程对潜在转化的随机演变进行建模，该过程允许贝叶斯在后端预测密度和潜在转化中的贝叶斯推断功能。我们为该模型提供了马尔可夫链蒙特卡洛推理程序，并证明了与标准GP相比的潜在好处。

Function estimation/approximation is viewed from the perspective of numerical optimization in function space, rather than parameter space. A connection is made between stagewise additive expansions and steepestdescent minimization. A general gradient descent "boosting" paradigm is developed for additive expansions based on any fitting criterion. Specific algorithms are presented for least-squares, least absolute deviation, and Huber-M loss functions for regression, and multiclass logistic likelihood for classification. Special enhancements are derived for the particular case where the individual additive components are regression trees, and tools for interpreting such "TreeBoost" models are presented. Gradient boosting of regression trees produces competitive, highly robust, interpretable procedures for both regression and classification, especially appropriate for mining less than clean data. Connections between this approach and the boosting methods of Freund and Shapire and Friedman, Hastie and Tibshirani are discussed.

高斯过程（GP），其结合了分类和连续输入变量模型已发现使用例如在纵向数据分析和计算机实验。然而，对于这些模型标准推理具有典型的立方缩放，并且不能应用于GPS共可扩展近似方案自协方差函数是不连续的。在这项工作中，我们导出用于混合域协方差函数，其中对于观察和基函数总数的数量成线性比例的基础函数近似方案。所提出的方法自然是适用于GP贝叶斯回归任意观测模型。我们证明在纵向数据建模上下文和显示的方法，它精确地近似于确切GP模型，只需要一个比较拟合对应精确模型运行时间的几分之一。

This paper proposes a new tree-based ensemble method for supervised classification and regression problems. It essentially consists of randomizing strongly both attribute and cut-point choice while splitting a tree node. In the extreme case, it builds totally randomized trees whose structures are independent of the output values of the learning sample. The strength of the randomization can be tuned to problem specifics by the appropriate choice of a parameter. We evaluate the robustness of the default choice of this parameter, and we also provide insight on how to adjust it in particular situations. Besides accuracy, the main strength of the resulting algorithm is computational efficiency. A bias/variance analysis of the Extra-Trees algorithm is also provided as well as a geometrical and a kernel characterization of the models induced.

大多数机器学习算法由一个或多个超参数配置，必须仔细选择并且通常会影响性能。为避免耗时和不可递销的手动试验和错误过程来查找性能良好的超参数配置，可以采用各种自动超参数优化（HPO）方法，例如，基于监督机器学习的重新采样误差估计。本文介绍了HPO后，本文审查了重要的HPO方法，如网格或随机搜索，进化算法，贝叶斯优化，超带和赛车。它给出了关于进行HPO的重要选择的实用建议，包括HPO算法本身，性能评估，如何将HPO与ML管道，运行时改进和并行化结合起来。这项工作伴随着附录，其中包含关于R和Python的特定软件包的信息，以及用于特定学习算法的信息和推荐的超参数搜索空间。我们还提供笔记本电脑，这些笔记本展示了这项工作的概念作为补充文件。

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。

Real engineering and scientific applications often involve one or more qualitative inputs. Standard Gaussian processes (GPs), however, cannot directly accommodate qualitative inputs. The recently introduced latent variable Gaussian process (LVGP) overcomes this issue by first mapping each qualitative factor to underlying latent variables (LVs), and then uses any standard GP covariance function over these LVs. The LVs are estimated similarly to the other GP hyperparameters through maximum likelihood estimation, and then plugged into the prediction expressions. However, this plug-in approach will not account for uncertainty in estimation of the LVs, which can be significant especially with limited training data. In this work, we develop a fully Bayesian approach for the LVGP model and for visualizing the effects of the qualitative inputs via their LVs. We also develop approximations for scaling up LVGPs and fully Bayesian inference for the LVGP hyperparameters. We conduct numerical studies comparing plug-in inference against fully Bayesian inference over a few engineering models and material design applications. In contrast to previous studies on standard GP modeling that have largely concluded that a fully Bayesian treatment offers limited improvements, our results show that for LVGP modeling it offers significant improvements in prediction accuracy and uncertainty quantification over the plug-in approach.

封闭曲线的建模和不确定性量化是形状分析领域的重要问题，并且可以对随后的统计任务产生重大影响。这些任务中的许多涉及封闭曲线的集合，这些曲线通常在多个层面上表现出结构相似性。以有效融合这种曲线间依赖性的方式对多个封闭曲线进行建模仍然是一个具有挑战性的问题。在这项工作中，我们提出并研究了一个多数输出（又称多输出），多维高斯流程建模框架。我们说明了提出的方法学进步，并在几个曲线和形状相关的任务上证明了有意义的不确定性量化的实用性。这种基于模型的方法不仅解决了用内核构造对封闭曲线（及其形状）的推断问题，而且还为通常对功能对象的多层依赖性的非参数建模打开了门。

贝叶斯方法是由于先验引起的正则化效应，这是对统计学的统计推断的流行选择，该效应可抵消过度拟合。在密度估计的背景下，标准的贝叶斯方法是针对后验预测。通常，后验预测的直接估计是棘手的，因此方法通常诉诸于后验分布作为中间步骤。然而，最近的递归预测copula更新的开发使得无需后近似即可执行可拖动的预测密度估计。尽管这些估计器在计算上具有吸引力，但它们倾向于在非平滑数据分布上挣扎。这在很大程度上是由于可能从中得出所提出的Copula更新的可能性模型的相对限制性形式。为了解决这一缺点，我们考虑了具有自回归似然分解和高斯过程的贝叶斯非参数模型，该模型在Copula更新中产生了数据依赖于数据的带宽参数。此外，我们使用自回归神经网络对带宽进行新的参数化，从而将数据映射到潜在空间中，从而能够捕获数据中更复杂的依赖性。我们的扩展增加了现有的递归贝叶斯密度估计器的建模能力，从而在表格数据集上实现了最新的结果。