Weighted model integration (WMI) is a very appealing framework for probabilistic inference: it allows to express the complex dependencies of real-world hybrid scenarios where variables are heterogeneous in nature (both continuous and discrete) via the language of Satisfiability Modulo Theories (SMT); as well as computing probabilistic queries with arbitrarily complex logical constraints. Recent work has shown WMI inference to be reducible to a model integration (MI) problem, under some assumptions, thus effectively allowing hybrid probabilistic reasoning by volume computations. In this paper, we introduce a novel formulation of MI via a message passing scheme that allows to efficiently compute the marginal densities and statistical moments of all the variables in linear time. As such, we are able to amortize inference for arbitrarily rich MI queries when they conform to the problem structure, here represented as the primal graph associated to the SMT formula. Furthermore, we theoretically trace the tractability boundaries of exact MI. Indeed, we prove that in terms of the structural requirements on the primal graph that make our MI algorithm tractable - bounding its diameter and treewidth - the bounds are not only sufficient, but necessary for tractable inference via MI.


翻译:加权模型集成(WMI)是一个非常有吸引力的概率推算框架:它能够通过满足性莫杜洛理论(SMT)的语言来表达真实世界混合假设情景的复杂依赖性,其中变量在性质上(连续和离散)各不相同;以及计算概率问题,其中任意复杂的逻辑限制。最近的工作表明,WMI推论可以被复制到模型集成问题(MI)中,在某些假设下,从而有效地允许通过量计算进行混合性概率推理。在本文中,我们通过电文传递计划来表达MI的新构型,这样就可以在线性时间内有效地计算所有变量的边际密度和统计时段。因此,我们能够在符合问题结构时对任意丰富的MI质询进行回音,这里代表SMT公式的原始图。此外,我们从理论上追溯到精确MI的可感测边界。事实上,我们证明,在原始图形的结构要求方面,使我们的MI算法在直径和树线上没有足够约束。

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