In this paper we contribute a novel algorithm family, which generalizes many unsupervised techniques including unnormalized and energy models, and allows us to infer different statistical modalities (e.g. data likelihood and ratio between densities) from data samples. The proposed unsupervised technique, named Probabilistic Surface Optimization (PSO), views a model as a flexible surface which can be pushed according to loss-specific virtual stochastic forces, where a dynamical equilibrium is achieved when the pointwise forces on the surface become equal. Concretely, the surface is pushed up and down at points sampled from two different distributions. The averaged up and down forces become functions of these two distribution densities and of force magnitudes defined by the loss of a particular PSO instance. Upon convergence, the force equilibrium imposes an optimized model to be equal to various statistical functions depending on the used magnitude functions. Furthermore, this dynamical-statistical equilibrium is extremely intuitive and useful, providing many implications and possible usages in probabilistic inference. We connect PSO to numerous existing statistical works which are also PSO instances, and derive new PSO-based inference methods as demonstration of PSO exceptional usability. Likewise, based on the insights coming from the virtual-force perspective we analyze PSO stability and propose new ways to improve it. Finally, we present new instances of PSO, termed PSO-LDE, for data log-density estimation and also provide a new NN block-diagonal architecture for increased surface flexibility, which significantly improves estimation accuracy. Both PSO-LDE and the new architecture are combined together as a new density estimation technique. In our experiments we demonstrate this technique to be superior over state-of-the-art baselines in density estimation task for multimodal 20D data.


翻译:在本文中,我们贡献了一个新型算法体系,它概括了许多未经监督的技术,包括未经调整的和能源模型,并使我们能够从数据样本中推断出不同的统计模式(例如数据概率和密度之间的比重)。拟议的未经监督的技术,称为概率表表面优化法(PSO),将一个模型视为一个灵活的表面,可以根据损失特定的虚拟随机力推动,当表面的点力变得相等时,就可以实现动态平衡。具体地说,表层从两个不同分布的抽样点上下推动。平均上下力成为这两种分布密度和因某个PSO损失而界定的强度的功能。在趋同后,力平衡将模型视为一种最优化的模型,可以与各种统计功能根据使用的规模功能推动。此外,这种动态统计平衡非常不直观和有用,提供了许多影响和可能用于预测的数值。我们把PSO与许多现有的统计工作相向上和向下推动的数值函数的功能的功能,也明显地改进了PSO值的精确度,从而推算出我们目前基于PSO的精确度的新的数据。

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