Variational Bayesian posterior inference often requires simplifying approximations such as mean-field parametrisation to ensure tractability. However, prior work has associated the variational mean-field approximation for Bayesian neural networks with underfitting in the case of small datasets or large model sizes. In this work, we show that invariances in the likelihood function of over-parametrised models contribute to this phenomenon because these invariances complicate the structure of the posterior by introducing discrete and/or continuous modes which cannot be well approximated by Gaussian mean-field distributions. In particular, we show that the mean-field approximation has an additional gap in the evidence lower bound compared to a purpose-built posterior that takes into account the known invariances. Importantly, this invariance gap is not constant; it vanishes as the approximation reverts to the prior. We proceed by first considering translation invariances in a linear model with a single data point in detail. We show that, while the true posterior can be constructed from a mean-field parametrisation, this is achieved only if the objective function takes into account the invariance gap. Then, we transfer our analysis of the linear model to neural networks. Our analysis provides a framework for future work to explore solutions to the invariance problem.


翻译:Bayesian 变幻不定的事后推论往往要求简化近似值,例如平均场偏差法,以确保可移动性。然而,先前的工作将Bayesian神经网络的变差平均场近似值与小数据集或大模型大小的偏差相配不足联系起来。在这项工作中,我们表明,过度偏差模型的概率功能的差异性促成了这种现象,因为这些差异性使后端模型的结构复杂化,引入了离散和/或连续模式,而高斯群岛平均场分布无法很好地加以比较。特别是,我们表明,与考虑到已知的变异性的目的构建的后端模型相比,平均场近似值在证据约束性较低方面还存在额外差距。重要的是,这种差异性差距并不固定;随着近差的回归而消失。我们首先考虑在线性模型中将变异性转换成一个详细的数据点。我们表明,虽然真正的后端模型可以从中从平均平差构建出真正的后方阵形,但只有在我们未来分析时才能将我们的目标值转换成后方网络。

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