論文の概要: Bayesian Spatial Predictive Synthesis
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.05197v4
- Date: Sat, 25 Jan 2025 14:45:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-28 20:38:04.876467
- Title: Bayesian Spatial Predictive Synthesis
- Title(参考訳): ベイズ空間予測合成
- Authors: Danielle Cabel, Shonosuke Sugasawa, Masahiro Kato, Kosaku Takanashi, Kenichiro McAlinn,
- Abstract要約: 空間依存は、空間データ分析と予測において、一般的で重要な問題である。
本研究では,空間的に変化するモデルの不確実性を捉える新しいベイズアンサンブル手法を提案する。
本手法は, 予測性能に対する有限サンプル理論的保証を提供する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 8.66529877559667
- License:
- Abstract: Due to spatial dependence -- often characterized as complex and non-linear -- model misspecification is a prevalent and critical issue in spatial data analysis and prediction. As the data, and thus model performance, is heterogeneous, typical model selection and ensemble methods that assume homogeneity are not suitable. We address the issue of model uncertainty for spatial data by proposing a novel Bayesian ensemble methodology that captures spatially-varying model uncertainty and performance heterogeneity of multiple spatial predictions, and synthesizes them for improved predictions, which we call Bayesian spatial predictive synthesis. Our proposal is defined by specifying a latent factor spatially-varying coefficient model as the synthesis function, which enables spatial characteristics of each model to be learned and ensemble coefficients to vary over regions to achieve flexible predictions. We derive our method from the theoretically best approximation of the data generating process, and show that it provides a finite sample theoretical guarantee for its predictive performance, specifically that the predictions are exact minimax. Two MCMC strategies are implemented for full uncertainty quantification, as well as a variational inference strategy for fast point inference. We also extend the estimation strategy for general responses. Through simulation examples and two real data applications in real estate and ecology, our proposed Bayesian spatial predictive synthesis outperforms standard spatial models and ensemble methods, and advanced machine learning methods, in terms of predictive accuracy and uncertainty quantification, while maintaining interpretability of the prediction mechanism.
- Abstract(参考訳): 空間的依存(しばしば複雑で非線形として特徴づけられる)のため、空間的データ分析と予測において、モデルの誤特定は一般的で重要な問題である。
データ、すなわちモデル性能は不均一であるため、同質性を仮定する典型的なモデル選択とアンサンブル法は不適当である。
空間データに対するモデル不確実性は,空間的に異なるモデル不確かさと複数の空間予測の性能不均一性を捉える新しいベイジアンアンアンサンブル手法を提案し,これをベイジアン空間予測合成(Bayesian space predictionive synthesis)と呼ぶ改良された予測のために合成する。
提案手法は,各モデルの空間特性を学習し,各領域のアンサンブル係数を変動させ,フレキシブルな予測を実現するために,潜在因子の空間変動係数モデルを合成関数として定義することによって定義される。
提案手法は,データ生成過程の理論的に最良の近似から導出し,その予測性能に対する有限サンプル理論的保証,特に予測が極小であることを示す。
完全不確実性定量化のための2つのMCMC戦略と高速点推定のための変分推論戦略を実装した。
また、一般応答の推定戦略も拡張する。
実地・生態学におけるシミュレーション例と2つの実データ応用を通して,提案したベイズ空間予測合成は,予測機構の解釈可能性を維持しつつ,予測精度と不確実性定量化の観点から,標準的な空間モデルとアンサンブル法,および高度な機械学習手法より優れている。
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