Learning general latent-variable probabilistic graphical models is a key theoretical challenge in machine learning and artificial intelligence. All previous methods, including the EM algorithm and the spectral algorithms, face severe limitations that largely restrict their applicability and affect their performance. In order to overcome these limitations, in this paper we introduce a novel formulation of message-passing inference over junction trees named predictive belief propagation, and propose a new learning and inference algorithm for general latent-variable graphical models based on this formulation. Our proposed algorithm reduces the hard parameter learning problem into a sequence of supervised learning problems, and unifies the learning of different kinds of latent graphical models into a single learning framework, which is local-optima-free and statistically consistent. We then give a proof of the correctness of our algorithm and show in experiments on both synthetic and real datasets that our algorithm significantly outperforms both the EM algorithm and the spectral algorithm while also being orders of magnitude faster to compute.


翻译:在机器学习和人工智能方面,学习一般潜伏概率概率图形模型是一项关键的理论挑战。所有先前的方法,包括EM算法和光谱算法,都面临严重限制,在很大程度上限制了其适用性和影响其性能。为了克服这些限制,我们在本文件中引入了一种新颖的配方,对连接的树木进行信息传递推论,称为预测性信仰传播,并为基于这种配方的普通潜伏可变图形模型提出一种新的学习和推论算法。我们提议的算法将硬参数学习问题降低为受监督的学习问题序列,并将不同潜在图形模型的学习统一成一个单一的学习框架,这个框架是局部自由的,在统计上是一致的。然后我们证明我们的算法的正确性,并在合成和真实的数据集实验中显示,我们的算法大大优于EM算法和光谱算法,同时也是快速计算的数量级。

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