There has been considerable interest in designing Markov chain Monte Carlo algorithms by exploiting numerical methods for Langevin dynamics, which includes Hamiltonian dynamics as a deterministic case. A prominent approach is Hamiltonian Monte Carlo (HMC), where a leapfrog discretization of Hamiltonian dynamics is employed. We investigate a recently proposed class of irreversible sampling algorithms, called Hamiltonian assisted Metropolis sampling (HAMS), which uses an augmented target density similarly as in HMC, but involves a flexible proposal scheme and a carefully formulated acceptance-rejection scheme to achieve generalized reversibility. We show that as the step size tends to 0, the HAMS proposal satisfies a class of stochastic differential equations including Langevin dynamics as a special case. We provide theoretical results for HAMS under the univariate Gaussian setting, including the stationary variance, the expected acceptance rate, and the spectral radius. From these results, we derive default choices of tuning parameters for HAMS, such that only the step size needs to be tuned in applications. Various relatively recent algorithms for Langevin dynamics are also shown to fall in the class of HAMS proposals up to negligible differences. Our numerical experiments on sampling high-dimensional latent variables confirm that the HAMS algorithms consistently achieve superior performance, compared with several Metropolis-adjusted algorithms based on popular integrators of Langevin dynamics.


翻译:设计Markov连锁的Monte Carlo算法引起了相当大的兴趣,它利用了兰格文动力学的数字方法,其中包括汉密尔顿·蒙特卡洛(HMC)作为决定性的例子。一个突出的方法是汉密尔顿·蒙特卡洛(HMC),这是对汉密尔顿动力学的飞跃分解法。我们调查了最近提出的一类不可逆转的采样算法,称为汉密尔顿协助大都会抽样(HAMS),它使用与HMC相似的扩大目标密度,但涉及一个灵活的建议方案和精心拟订的接受-拒绝计划,以实现普遍反弹率。我们显示,随着步骤大小趋向为0,HAMS提案满足了一组类类的随机差异方程式差异,包括兰格文动力学,作为特例。我们为HAMIS提供了在单向高音频设置下的HAMS提供了理论结果,包括固定差异、预期接受率和光谱半径半径。我们从HAMS调调参数的默认选择,因此在应用程序中只需要一步尺寸调整。我们Langevin动力学的最近一些比较的算算算方法也显示,在HAMS高层次上,在SASMAMS的高级演算上具有可比较的高度变数级变。

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