推断基于实验观察的随机模型的参数是科学方法的核心。特别具有挑战性的设置是当模型强烈不确定时，即当不同的参数集产生相同的观察时。这在许多实际情况下出现，例如在推断无线电源的距离和功率时（是源关闭和弱或远远强，且强大且强大？）或估计电生理实验的放大器增益和底层脑活动。在这项工作中，我们通过利用由辅助观察集共享全局参数传达的附加信息来阐明这种不确定性的新方法。我们的方法基于对贝叶斯分层模型的标准化流程扩展了基于仿真的推断（SBI）的最新进展。我们通过模拟和实际EEG数据将其应用于可用于分析解决方案的激励示例，以便将其验证我们的提案，然后将其从计算神经科学逆变众所周知的非线性模型。

对脑灰质细胞结构的有效表征具有定量敏感性对SOMA密度和体积的敏感性仍然是扩散MRI（DMRI）中的未解决的攻击。解决与细胞建筑特征的DMRI信号相关的问题呼吁通过少数生理相关参数和用于反相模型的算法来定义描述脑组织的数学模型。为了解决这个问题，我们提出了一个新的前向模型，特别是一个新的方程式系统，需要几个相对稀疏的B-shell。然后，我们从贝叶斯分析中应用现代工具，称为无似然推论（LFI）来颠覆我们所提出的模型。与文献中的其他方法相比，我们的算法不仅产生了最能描述给定的观察数据点$ x_0 $的参数向量$ \ theta $的估计，而且还产生了全面的后分发$ p（\ theta | x_0）超过参数空间。这使得模型反演的描述能够更丰富地描述，提供估计参数的可信间隔的指示符以及模型可能呈现不确定性的参数区域的完整表征。我们近似使用深神经密度估计器的后部分布，称为标准化流，并使用来自前向模型的一组重复模拟来拟合它们。我们使用DMIPY验证我们的模拟方法，然后在两个公共可用数据集上应用整个管道。

基于采样的推理技术是现代宇宙学数据分析的核心;然而，这些方法与维度不良，通常需要近似或顽固的可能性。在本文中，我们描述了截短的边际神经比率估计（TMNRE）（即所谓的基于模拟的推断的新方法）自然避免了这些问题，提高了$（i）$效率，$（ii）$可扩展性和$ （iii）推断后的后续后续的可信度。使用宇宙微波背景（CMB）的测量，我们表明TMNRE可以使用比传统马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）方法更少模拟器呼叫的数量级来实现融合的后海后。值得注意的是，所需数量的样本有效地独立于滋扰参数的数量。此外，称为\ MEMPH {本地摊销}的属性允许对基于采样的方法无法访问的严格统计一致性检查的性能。 TMNRE承诺成为宇宙学数据分析的强大工具，特别是在扩展宇宙学的背景下，其中传统的基于采样的推理方法所需的时间级数融合可以大大超过$ \ Lambda $ CDM等简单宇宙学模型的时间。为了执行这些计算，我们使用开源代码\ texttt {swyft}来使用TMNRE的实现。

远期操作员的计算成本和选择适当的先前分布的计算成本挑战了贝叶斯对高维逆问题的推断。摊销的变异推理解决了这些挑战，在这些挑战中，训练神经网络以近似于现有模型和数据对的后验分布。如果以前看不见的数据和正态分布的潜在样品作为输入，则预处理的深神经网络（在我们的情况下是有条件的正常化流量）几乎没有成本的后验样品。然而，这种方法的准确性取决于高保真训练数据的可用性，由于地球的异质结构，由于地球物理逆问题很少存在。此外，准确的摊销变异推断需要从训练数据分布中汲取观察到的数据。因此，我们建议通过基于物理学的校正对有条件的归一化流量分布来提高摊销变异推断的弹性。为了实现这一目标，我们不是标准的高斯潜在分布，我们通过具有未知平均值和对角线协方差的高斯分布来对潜在分布进行参数化。然后，通过最小化校正后分布和真实后验分布之间的kullback-leibler差异来估算这些未知数量。尽管通用和适用于其他反问题，但通过地震成像示例，我们表明我们的校正步骤可提高摊销变异推理的鲁棒性，以相对于源实验数量的变化，噪声方差以及先前分布的变化。这种方法提供了伪像有限的地震图像，并评估其不确定性，其成本大致与五个反度迁移相同。

神经密度估计值证明在各种研究领域进行高效的仿真贝叶斯推理方面具有显着强大。特别是，Bayesflow框架使用两步方法来实现在仿真程序隐式地定义似然函数的设置中的摊销参数估计。但是当模拟是现实差的差异时，这种推断是多么忠实？在本文中，我们概念化了基于模拟的推论中出现的模型误操作的类型，并系统地研究了这些误操作下的Bayesflow框架的性能。我们提出了一个增强优化目标，它对潜伏数据空间上的概率结构施加了概率结构，并利用了最大平均差异（MMD）来检测推理期间的可能灾难性的误操作，破坏了所获得的结果的有效性。我们验证了许多人工和现实的误操作的检测标准，从玩具共轭模型到复杂的决策和疾病爆发动态的复杂模型应用于实际数据。此外，我们表明后部推理误差随着真实数据生成分布与潜在摘要空间中的典型模拟集之间的常数而增加。因此，我们展示了MMD的双重实用性作为检测模型误操作的方法和作为验证摊销贝叶斯推理的忠实性的代理。

基于仿真的推理（SBI）是一个有前途的贝叶斯推理框架，可以减轻对分析可能性估计后验分布的需求。使用SBI算法中神经密度估计器的最新进展表明，以大量模拟为代价实现高保真后代的能力。当使用复杂的物理模拟时，这使得他们的应用程序可能非常耗时。在这项工作中，我们着重于使用模拟器的梯度来提高后密度估计的样本效率。我们提出了一种使用可区分模拟器执行神经后验估计（NPE）的新方法。我们展示了梯度信息如何有助于限制后部形状并提高样本效率。

在没有明确或易于处理的可能性的情况下，贝叶斯人经常诉诸于贝叶斯计算（ABC）进行推理。我们的工作基于生成的对抗网络（GAN）和对抗性变分贝叶斯（GAN），为ABC桥接了ABC。 ABC和GAN都比较了观察到的数据和假数据的各个方面，分别从后代和似然模拟。我们开发了一个贝叶斯gan（B-GAN）采样器，该采样器通过解决对抗性优化问题直接靶向后部。 B-GAN是由有条件gan在ABC参考上学习的确定性映射驱动的。一旦训练了映射，就可以通过以可忽略的额外费用过滤噪声来获得IID后样品。我们建议使用（1）数据驱动的提案和（2）变化贝叶斯提出两项后处理的本地改进。我们通过常见的bayesian结果支持我们的发现，表明对于某些神经网络发生器和歧视器，真实和近似后骨之间的典型总变化距离收敛到零。我们对模拟数据的发现相对于一些最新的无可能后验模拟器显示出竞争激烈的性能。

We present extensive empirical evidence showing that current Bayesian simulation-based inference algorithms can produce computationally unfaithful posterior approximations. Our results show that all benchmarked algorithms -- (Sequential) Neural Posterior Estimation, (Sequential) Neural Ratio Estimation, Sequential Neural Likelihood and variants of Approximate Bayesian Computation -- can yield overconfident posterior approximations, which makes them unreliable for scientific use cases and falsificationist inquiry. Failing to address this issue may reduce the range of applicability of simulation-based inference. For this reason, we argue that research efforts should be made towards theoretical and methodological developments of conservative approximate inference algorithms and present research directions towards this objective. In this regard, we show empirical evidence that ensembling posterior surrogates provides more reliable approximations and mitigates the issue.

在神经密度估计的进展之后，近年来，已经取得了相当大的进步，该方法是基于模拟的推断（SBI）方法，能够对随机仿真模型进行柔性，黑盒，近似贝叶斯的推断。尽管已经证明神经SBI方法可以提供准确的后近似值，但建立这些结果的仿真研究仅考虑了明确指定的问题 - 即模型和数据生成过程完全重合的地方。但是，在模型错误指定的情况下，这种算法的行为很少受到关注。在这项工作中，我们提供了对神经SBI算法在存在各种模型错误指定的情况下的行为的首次全面研究。我们发现，错误指定会对性能产生深远的影响。探索了一些缓解策略，但是未经测试的方法在所有情况下都可以防止失败。我们得出的结论是，如果要依靠神经SBI算法来得出准确的科学结论，则需要新的方法来解决模型错误指定。

Simulation-based inference (SBI) solves statistical inverse problems by repeatedly running a stochastic simulator and inferring posterior distributions from model-simulations. To improve simulation efficiency, several inference methods take a sequential approach and iteratively adapt the proposal distributions from which model simulations are generated. However, many of these sequential methods are difficult to use in practice, both because the resulting optimisation problems can be challenging and efficient diagnostic tools are lacking. To overcome these issues, we present Truncated Sequential Neural Posterior Estimation (TSNPE). TSNPE performs sequential inference with truncated proposals, sidestepping the optimisation issues of alternative approaches. In addition, TSNPE allows to efficiently perform coverage tests that can scale to complex models with many parameters. We demonstrate that TSNPE performs on par with previous methods on established benchmark tasks. We then apply TSNPE to two challenging problems from neuroscience and show that TSNPE can successfully obtain the posterior distributions, whereas previous methods fail. Overall, our results demonstrate that TSNPE is an efficient, accurate, and robust inference method that can scale to challenging scientific models.

数据和标签的联合分布的KL差异目标允许在随机变异推断的一个保护伞下统一监督的学习和变异自动编码器（VAE）。统一激发了扩展的监督方案，该方案允许计算神经网络模型的合适性P值。通过神经网络摊销的条件归一化流在这种结构中至关重要。我们讨论了它们如何允许在产品空间上共同定义的后代定义的覆盖范围，例如$ \ mathbb {r}^n \ times \ times \ mathcal {s}^m $，它包含在方向上的海报。最后，系统的不确定性自然包含在变化观点中。在经典的可能性方法或其他机器学习模型中，（1）系统，（2）覆盖范围和（3）拟合优度的成分通常并非全部可用，或者至少有一个受到严格限制。相比之下，拟议的扩展监督培训和摊销标准化流量可容纳所有三个，用于在产品空间上定义的任意统计分布的变异推理，例如$ \ mathbb {r}^n \ times \ times \ ldots \ ldots \ times \ times \ mathcal {s}^m {s}^m $，没有基本数据复杂性的基本障碍。因此，它具有当代（Astro-）粒子物理学家的统计工具箱的巨大潜力。

我们考虑了使用显微镜或X射线散射技术产生的图像数据自组装的模型的贝叶斯校准。为了说明BCP平衡结构中的随机远程疾病，我们引入了辅助变量以表示这种不确定性。然而，这些变量导致了高维图像数据的综合可能性，通常可以评估。我们使用基于测量运输的可能性方法以及图像数据的摘要统计数据来解决这一具有挑战性的贝叶斯推理问题。我们还表明，可以计算出有关模型参数的数据中的预期信息收益（EIG），而无需额外的成本。最后，我们介绍了基于二嵌段共聚物薄膜自组装和自上而下显微镜表征的ohta-kawasaki模型的数值案例研究。为了进行校准，我们介绍了一些基于域的能量和傅立叶的摘要统计数据，并使用EIG量化了它们的信息性。我们证明了拟议方法研究数据损坏和实验设计对校准结果的影响的力量。

无似然方法是对可以模拟的隐式模型执行推断的必不可少的工具，但相应的可能性是棘手的。但是，常见的无可能方法不能很好地扩展到大量模型参数。一种有前途的无可能推理的有前途的方法涉及通过仅根据据信为低维成分提供信息的摘要统计数据来估计低维边缘后期，然后在某种程度上结合了低维近似值。在本文中，我们证明，对于看似直观的汇总统计选择，这种低维近似值在实践中可能是差的。我们描述了一个理想化的低维汇总统计量，原则上适用于边际估计。但是，在实践中很难直接近似理想的选择。因此，我们提出了一种替代的边际估计方法，该方法更容易实施和自动化。考虑到初始选择的低维摘要统计量可能仅对边缘后验位置有用，新方法通过使用所有摘要统计数据来确保全局可识别性来提高性能，从而提高性能使用低维摘要统计量进行精确的低维近似。我们表明，该方法的后部可以分别基于低维和完整的摘要统计数据将其表示为后验分布的对数库。在几个示例中说明了我们方法的良好性能。

流行病学中的数学模型是一种不可或缺的工具，可以确定传染病的动态和重要特征。除了他们的科学价值之外，这些模型通常用于在正在进行的爆发期间提供政治决策和干预措施。然而，通过将复杂模型连接到真实数据来可靠地推断正在进行的爆发的动态仍然很难，并且需要费力的手动参数拟合或昂贵的优化方法，这些方法必须从划痕中重复给定模型的每个应用。在这项工作中，我们用专门的神经网络的流行病学建模的新组合来解决这个问题。我们的方法需要两个计算阶段：在初始训练阶段中，描述该流行病的数学模型被用作神经网络的教练，该主管是关于全球可能疾病动态的全球知识。在随后的推理阶段，训练有素的神经网络处理实际爆发的观察到的数据，并且揭示了模型的参数，以便实际地再现观察到的动态并可可靠地预测未来的进展。通过其灵活的框架，我们的仿真方法适用于各种流行病学模型。此外，由于我们的方法是完全贝叶斯的，它旨在纳入所有可用的关于合理参数值的先前知识，并返回这些参数上的完整关节后部分布。我们的方法在德国的早期Covid-19爆发阶段的应用表明，我们能够获得可靠的概率估计对重要疾病特征，例如生成时间，未检测到的感染部分，症状发作前的传播可能性，以及报告延迟非常适中的现实观测。

鉴于一些观察到的数据和概率生成模型，贝叶斯推论的目的是获得可能产生数据的模型潜在参数的分布。对于大型人群研究，这项任务是具有挑战性的，在大量人群研究中，在数百名受试者的队列中进行了数千次测量，从而产生了大规模的潜在参数空间。这种较大的基数使现成的变异推理（VI）在计算上是不切实际的。在这项工作中，我们设计了可以有效解决大型人口研究的结构化VI家族。为此，我们的主要思想是在不同的I.I.D.上共享参数化和学习。由模型板拟合的生成模型中的变量。我们将此概念板摊销命名，并说明了其权利的强大协同作用，从而导致表达性，简短的参数化和更快的数量级，以训练大型层次分布分布。我们通过一个充满挑战的神经影像学示例来说明PAVI的实际实用性，该示例具有一百万个潜在参数，这表明了朝着可扩展和表现力的变异推理迈出的重要一步。

统计模型是机器学习的核心，具有广泛适用性，跨各种下游任务。模型通常由通过最大似然估计从数据估计的自由参数控制。但是，当面对现实世界数据集时，许多模型运行到一个关键问题：它们是在完全观察到的数据方面配制的，而在实践中，数据集会困扰缺失数据。来自不完整数据的统计模型估计理论在概念上类似于潜在变量模型的估计，其中存在强大的工具，例如变分推理（VI）。然而，与标准潜在变量模型相比，具有不完整数据的参数估计通常需要估计缺失变量的指数 - 许多条件分布，因此使标准的VI方法是棘手的。通过引入变分Gibbs推理（VGI），是一种新的通用方法来解决这个差距，以估计来自不完整数据的统计模型参数。我们在一组合成和实际估算任务上验证VGI，从不完整的数据中估算重要的机器学习模型，VAE和标准化流程。拟议的方法，同时通用，实现比现有的特定模型特定估计方法竞争或更好的性能。

我们引入隐深自适应设计（iDAD），在实时与隐性模型进行适应性实验的新方法。iDAD通过学习设计政策网络的前期，然后可以在实验时快速部署摊销贝叶斯优化实验设计（BOED）的成本。该iDAD网络可以在其模拟微样品，不同于需要一个封闭的形式可能性和条件独立实验以前的设计政策工作的任何模型进行训练。在部署时，iDAD允许以毫秒为单位进行设计决策，而相比之下，需要实验本身期间繁重的计算传统BOED方法。我们说明了多项实验iDAD的适用性，并表明它提供了与隐式模型进行适应性设计一个快速和有效的机制。

Systems Biology试图创建生物系统的数学模型，以减少固有的生物学复杂性，并为治疗性开发等应用提供预测。但是，确定哪种数学模型正确以及如何最佳地到达答案仍然是一个挑战。我们提出了一种使用系统生物学和可能性无推理方法的数学模型选择自动生物学模型选择的算法。我们的算法显示，在实验生物学和随机搜索中使用的常规启发式方法的先验信息中，在正确的模型中表现出了改善的性能。该方法显示有望加速生物基础科学和药物发现。

We present the GPry algorithm for fast Bayesian inference of general (non-Gaussian) posteriors with a moderate number of parameters. GPry does not need any pre-training, special hardware such as GPUs, and is intended as a drop-in replacement for traditional Monte Carlo methods for Bayesian inference. Our algorithm is based on generating a Gaussian Process surrogate model of the log-posterior, aided by a Support Vector Machine classifier that excludes extreme or non-finite values. An active learning scheme allows us to reduce the number of required posterior evaluations by two orders of magnitude compared to traditional Monte Carlo inference. Our algorithm allows for parallel evaluations of the posterior at optimal locations, further reducing wall-clock times. We significantly improve performance using properties of the posterior in our active learning scheme and for the definition of the GP prior. In particular we account for the expected dynamical range of the posterior in different dimensionalities. We test our model against a number of synthetic and cosmological examples. GPry outperforms traditional Monte Carlo methods when the evaluation time of the likelihood (or the calculation of theoretical observables) is of the order of seconds; for evaluation times of over a minute it can perform inference in days that would take months using traditional methods. GPry is distributed as an open source Python package (pip install gpry) and can also be found at https://github.com/jonaselgammal/GPry.

现代深度学习方法构成了令人难以置信的强大工具，以解决无数的挑战问题。然而，由于深度学习方法作为黑匣子运作，因此与其预测相关的不确定性往往是挑战量化。贝叶斯统计数据提供了一种形式主义来理解和量化与深度神经网络预测相关的不确定性。本教程概述了相关文献和完整的工具集，用于设计，实施，列车，使用和评估贝叶斯神经网络，即使用贝叶斯方法培训的随机人工神经网络。