Một chuyến tham quan về xác suất TensorFlow

Trong Colab này, chúng ta khám phá một số tính năng cơ bản của Xác suất TensorFlow.

Phụ thuộc & Điều kiện tiên quyết

Nhập khẩu

Chuyển đổi mã

from pprint import pprint
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import seaborn as sns

import tensorflow.compat.v2 as tf
tf.enable_v2_behavior()

import tensorflow_probability as tfp

sns.reset_defaults()
sns.set_context(context='talk',font_scale=0.7)
plt.rcParams['image.cmap'] = 'viridis'

%matplotlib inline

tfd = tfp.distributions
tfb = tfp.bijectors

Utils

Chuyển đổi mã

def print_subclasses_from_module(module, base_class, maxwidth=80):
  import functools, inspect, sys
  subclasses = [name for name, obj in inspect.getmembers(module)
                if inspect.isclass(obj) and issubclass(obj, base_class)]
  def red(acc, x):
    if not acc or len(acc[-1]) + len(x) + 2 > maxwidth:
      acc.append(x)
    else:
      acc[-1] += ", " + x
    return acc
  print('\n'.join(functools.reduce(red, subclasses, [])))

Đề cương

• TensorFlow
• Xác suất TensorFlow
  • Phân phối
  • Bijector
  • MCMC
  • ...và nhiều hơn nữa!

Mở đầu: TensorFlow

TensorFlow là một thư viện máy tính khoa học.

---

Nó hỗ trợ

• rất nhiều phép toán
• tính toán vectơ hiệu quả
• tăng tốc phần cứng dễ dàng
• phân biệt tự động

Vectơ hóa

• Vectơ hóa làm cho mọi thứ trở nên nhanh chóng!
• Nó cũng có nghĩa là chúng ta nghĩ nhiều về hình dạng

mats = tf.random.uniform(shape=[1000, 10, 10])
vecs = tf.random.uniform(shape=[1000, 10, 1])

def for_loop_solve():
  return np.array(
    [tf.linalg.solve(mats[i, ...], vecs[i, ...]) for i in range(1000)])

def vectorized_solve():
  return tf.linalg.solve(mats, vecs)

# Vectorization for the win!
%timeit for_loop_solve()
%timeit vectorized_solve()

1 loops, best of 3: 2 s per loop
1000 loops, best of 3: 653 µs per loop

Tăng tốc phần cứng

# Code can run seamlessly on a GPU, just change Colab runtime type
# in the 'Runtime' menu.
if tf.test.gpu_device_name() == '/device:GPU:0':
  print("Using a GPU")
else:
  print("Using a CPU")

Using a CPU

Phân biệt tự động

a = tf.constant(np.pi)
b = tf.constant(np.e)
with tf.GradientTape() as tape:
  tape.watch([a, b])
  c = .5 * (a**2 + b**2)
grads = tape.gradient(c, [a, b])
print(grads[0])
print(grads[1])

tf.Tensor(3.1415927, shape=(), dtype=float32)
tf.Tensor(2.7182817, shape=(), dtype=float32)

Xác suất TensorFlow

TensorFlow Probability là một thư viện để lập luận xác suất và phân tích thống kê trong TensorFlow.

Chúng tôi hỗ trợ xây dựng mô hình, suy luận, và những lời chỉ trích qua thành phần của các thành phần mô-đun ở mức độ thấp.

Các khối xây dựng cấp thấp

• Phân phối
• Bijector

Cấu trúc cấp cao (er)

• Markov chain Monte Carlo
• Các lớp xác suất
• Chuỗi thời gian cấu trúc
• Mô hình tuyến tính tổng quát
• Trình tối ưu hóa

Phân phối

Một tfp.distributions.Distribution là một lớp học với hai phương pháp chính: sample và log_prob .

TFP có rất nhiều bản phân phối!

print_subclasses_from_module(tfp.distributions, tfp.distributions.Distribution)

Autoregressive, BatchReshape, Bates, Bernoulli, Beta, BetaBinomial, Binomial
Blockwise, Categorical, Cauchy, Chi, Chi2, CholeskyLKJ, ContinuousBernoulli
Deterministic, Dirichlet, DirichletMultinomial, Distribution, DoublesidedMaxwell
Empirical, ExpGamma, ExpRelaxedOneHotCategorical, Exponential, FiniteDiscrete
Gamma, GammaGamma, GaussianProcess, GaussianProcessRegressionModel
GeneralizedNormal, GeneralizedPareto, Geometric, Gumbel, HalfCauchy, HalfNormal
HalfStudentT, HiddenMarkovModel, Horseshoe, Independent, InverseGamma
InverseGaussian, JohnsonSU, JointDistribution, JointDistributionCoroutine
JointDistributionCoroutineAutoBatched, JointDistributionNamed
JointDistributionNamedAutoBatched, JointDistributionSequential
JointDistributionSequentialAutoBatched, Kumaraswamy, LKJ, Laplace
LinearGaussianStateSpaceModel, LogLogistic, LogNormal, Logistic, LogitNormal
Mixture, MixtureSameFamily, Moyal, Multinomial, MultivariateNormalDiag
MultivariateNormalDiagPlusLowRank, MultivariateNormalFullCovariance
MultivariateNormalLinearOperator, MultivariateNormalTriL
MultivariateStudentTLinearOperator, NegativeBinomial, Normal, OneHotCategorical
OrderedLogistic, PERT, Pareto, PixelCNN, PlackettLuce, Poisson
PoissonLogNormalQuadratureCompound, PowerSpherical, ProbitBernoulli
QuantizedDistribution, RelaxedBernoulli, RelaxedOneHotCategorical, Sample
SinhArcsinh, SphericalUniform, StudentT, StudentTProcess
TransformedDistribution, Triangular, TruncatedCauchy, TruncatedNormal, Uniform
VariationalGaussianProcess, VectorDeterministic, VonMises
VonMisesFisher, Weibull, WishartLinearOperator, WishartTriL, Zipf

Một đại lượng vô hướng variate đơn giản Distribution

# A standard normal
normal = tfd.Normal(loc=0., scale=1.)
print(normal)

tfp.distributions.Normal("Normal", batch_shape=[], event_shape=[], dtype=float32)

# Plot 1000 samples from a standard normal
samples = normal.sample(1000)
sns.distplot(samples)
plt.title("Samples from a standard Normal")
plt.show()

# Compute the log_prob of a point in the event space of `normal`
normal.log_prob(0.)

<tf.Tensor: shape=(), dtype=float32, numpy=-0.9189385>

# Compute the log_prob of a few points
normal.log_prob([-1., 0., 1.])

<tf.Tensor: shape=(3,), dtype=float32, numpy=array([-1.4189385, -0.9189385, -1.4189385], dtype=float32)>

Phân phối và hình dạng

NumPy ndarrays và TensorFlow Tensors có hình dạng.

TensorFlow Xác suất Distributions có ngữ nghĩa hình dạng - hình dạng phân vùng chúng thành từng miếng ngữ nghĩa khác nhau, mặc dù đoạn cùng bộ nhớ ( Tensor / ndarray ) được sử dụng cho toàn bộ tất cả mọi thứ.

• Hình dạng batch biểu thị một tập hợp các Distribution s với các thông số khác nhau
• Hình tổ chức sự kiện biểu thị hình dạng của mẫu từ Distribution .

Chúng tôi luôn đặt các hình dạng lô ở "bên trái" và hình dạng sự kiện ở "bên phải".

Một loạt các vô hướng variate Distributions

Các lô giống như phân phối "vectơ hóa": các cá thể độc lập có các phép tính diễn ra song song.

# Create a batch of 3 normals, and plot 1000 samples from each
normals = tfd.Normal([-2.5, 0., 2.5], 1.)  # The scale parameter broadacasts!
print("Batch shape:", normals.batch_shape)
print("Event shape:", normals.event_shape)

Batch shape: (3,)
Event shape: ()

# Samples' shapes go on the left!
samples = normals.sample(1000)
print("Shape of samples:", samples.shape)

Shape of samples: (1000, 3)

# Sample shapes can themselves be more complicated
print("Shape of samples:", normals.sample([10, 10, 10]).shape)

Shape of samples: (10, 10, 10, 3)

# A batch of normals gives a batch of log_probs.
print(normals.log_prob([-2.5, 0., 2.5]))

tf.Tensor([-0.9189385 -0.9189385 -0.9189385], shape=(3,), dtype=float32)

# The computation broadcasts, so a batch of normals applied to a scalar
# also gives a batch of log_probs.
print(normals.log_prob(0.))

tf.Tensor([-4.0439386 -0.9189385 -4.0439386], shape=(3,), dtype=float32)

# Normal numpy-like broadcasting rules apply!
xs = np.linspace(-6, 6, 200)
try:
  normals.log_prob(xs)
except Exception as e:
  print("TFP error:", e.message)

TFP error: Incompatible shapes: [200] vs. [3] [Op:SquaredDifference]

# That fails for the same reason this does:
try:
  np.zeros(200) + np.zeros(3)
except Exception as e:
  print("Numpy error:", e)

Numpy error: operands could not be broadcast together with shapes (200,) (3,)

# But this would work:
a = np.zeros([200, 1]) + np.zeros(3)
print("Broadcast shape:", a.shape)

Broadcast shape: (200, 3)

# And so will this!
xs = np.linspace(-6, 6, 200)[..., np.newaxis]
# => shape = [200, 1]

lps = normals.log_prob(xs)
print("Broadcast log_prob shape:", lps.shape)

Broadcast log_prob shape: (200, 3)

# Summarizing visually
for i in range(3):
  sns.distplot(samples[:, i], kde=False, norm_hist=True)
plt.plot(np.tile(xs, 3), normals.prob(xs), c='k', alpha=.5)
plt.title("Samples from 3 Normals, and their PDF's")
plt.show()

Một vector variate Distribution

mvn = tfd.MultivariateNormalDiag(loc=[0., 0.], scale_diag = [1., 1.])
print("Batch shape:", mvn.batch_shape)
print("Event shape:", mvn.event_shape)

Batch shape: ()
Event shape: (2,)

samples = mvn.sample(1000)
print("Samples shape:", samples.shape)

Samples shape: (1000, 2)

g = sns.jointplot(samples[:, 0], samples[:, 1], kind='scatter')
plt.show()

Một ma trận variate Distribution

lkj = tfd.LKJ(dimension=10, concentration=[1.5, 3.0])
print("Batch shape: ", lkj.batch_shape)
print("Event shape: ", lkj.event_shape)

Batch shape:  (2,)
Event shape:  (10, 10)

samples = lkj.sample()
print("Samples shape: ", samples.shape)

Samples shape:  (2, 10, 10)

fig, axes = plt.subplots(nrows=1, ncols=2, figsize=(6, 3))
sns.heatmap(samples[0, ...], ax=axes[0], cbar=False)
sns.heatmap(samples[1, ...], ax=axes[1], cbar=False)
fig.tight_layout()
plt.show()

Quy trình Gaussian

kernel = tfp.math.psd_kernels.ExponentiatedQuadratic()
xs = np.linspace(-5., 5., 200).reshape([-1, 1])
gp = tfd.GaussianProcess(kernel, index_points=xs)
print("Batch shape:", gp.batch_shape)
print("Event shape:", gp.event_shape)

Batch shape: ()
Event shape: (200,)

upper, lower = gp.mean() + [2 * gp.stddev(), -2 * gp.stddev()]
plt.plot(xs, gp.mean())
plt.fill_between(xs[..., 0], upper, lower, color='k', alpha=.1)
for _ in range(5):
  plt.plot(xs, gp.sample(), c='r', alpha=.3)
plt.title(r"GP prior mean, $2\sigma$ intervals, and samples")
plt.show()

#    *** Bonus question ***
# Why do so many of these functions lie outside the 95% intervals?

Hồi quy GP

# Suppose we have some observed data
obs_x = [[-3.], [0.], [2.]]  # Shape 3x1 (3 1-D vectors)
obs_y = [3., -2., 2.]        # Shape 3   (3 scalars)

gprm = tfd.GaussianProcessRegressionModel(kernel, xs, obs_x, obs_y)

upper, lower = gprm.mean() + [2 * gprm.stddev(), -2 * gprm.stddev()]
plt.plot(xs, gprm.mean())
plt.fill_between(xs[..., 0], upper, lower, color='k', alpha=.1)
for _ in range(5):
  plt.plot(xs, gprm.sample(), c='r', alpha=.3)
plt.scatter(obs_x, obs_y, c='k', zorder=3)
plt.title(r"GP posterior mean, $2\sigma$ intervals, and samples")
plt.show()

Bijector

Bijector đại diện cho (hầu hết) các chức năng không thể đảo ngược, trơn tru. Chúng có thể được sử dụng để biến đổi các bản phân phối, bảo toàn khả năng lấy mẫu và tính toán log_probs. Họ có thể ở tfp.bijectors module.

Mỗi bijector thực hiện ít nhất 3 phương pháp:

• forward ,
• inverse , và
• (ít nhất) một trong forward_log_det_jacobian và inverse_log_det_jacobian .

Với những thành phần này, chúng tôi có thể biến đổi một phân phối mà vẫn nhận được các mẫu và ghi nhật ký từ kết quả!

Trong môn Toán, hơi cẩu thả

• \(X\) là một biến ngẫu nhiên với pdf \(p(x)\)
• \(g\) là một mịn, chức năng nghịch trên không gian của \(X\)'s
• \(Y = g(X)\) là một chuyển biến ngẫu nhiên mới
• \(p(Y=y) = p(X=g^{-1}(y)) \cdot |\nabla g^{-1}(y)|\)

Bộ nhớ đệm

Bijector cũng lưu vào bộ nhớ cache các phép tính thuận và nghịch, và log-det-Jacobians, cho phép chúng tôi lưu các hoạt động lặp lại có thể rất tốn kém!

print_subclasses_from_module(tfp.bijectors, tfp.bijectors.Bijector)

AbsoluteValue, Affine, AffineLinearOperator, AffineScalar, BatchNormalization
Bijector, Blockwise, Chain, CholeskyOuterProduct, CholeskyToInvCholesky
CorrelationCholesky, Cumsum, DiscreteCosineTransform, Exp, Expm1, FFJORD
FillScaleTriL, FillTriangular, FrechetCDF, GeneralizedExtremeValueCDF
GeneralizedPareto, GompertzCDF, GumbelCDF, Identity, Inline, Invert
IteratedSigmoidCentered, KumaraswamyCDF, LambertWTail, Log, Log1p
MaskedAutoregressiveFlow, MatrixInverseTriL, MatvecLU, MoyalCDF, NormalCDF
Ordered, Pad, Permute, PowerTransform, RationalQuadraticSpline, RayleighCDF
RealNVP, Reciprocal, Reshape, Scale, ScaleMatvecDiag, ScaleMatvecLU
ScaleMatvecLinearOperator, ScaleMatvecTriL, ScaleTriL, Shift, ShiftedGompertzCDF
Sigmoid, Sinh, SinhArcsinh, SoftClip, Softfloor, SoftmaxCentered, Softplus
Softsign, Split, Square, Tanh, TransformDiagonal, Transpose, WeibullCDF

A Simple Bijector

normal_cdf = tfp.bijectors.NormalCDF()
xs = np.linspace(-4., 4., 200)
plt.plot(xs, normal_cdf.forward(xs))
plt.show()

plt.plot(xs, normal_cdf.forward_log_det_jacobian(xs, event_ndims=0))
plt.show()

Một Bijector chuyển đổi một Distribution

exp_bijector = tfp.bijectors.Exp()
log_normal = exp_bijector(tfd.Normal(0., .5))

samples = log_normal.sample(1000)
xs = np.linspace(1e-10, np.max(samples), 200)
sns.distplot(samples, norm_hist=True, kde=False)
plt.plot(xs, log_normal.prob(xs), c='k', alpha=.75)
plt.show()

trạm trộn Bijectors

# Create a batch of bijectors of shape [3,]
softplus = tfp.bijectors.Softplus(
  hinge_softness=[1., .5, .1])
print("Hinge softness shape:", softplus.hinge_softness.shape)

Hinge softness shape: (3,)

# For broadcasting, we want this to be shape [200, 1]
xs = np.linspace(-4., 4., 200)[..., np.newaxis]
ys = softplus.forward(xs)
print("Forward shape:", ys.shape)

Forward shape: (200, 3)

# Visualization
lines = plt.plot(np.tile(xs, 3), ys)
for line, hs in zip(lines, softplus.hinge_softness):
  line.set_label("Softness: %1.1f" % hs)
plt.legend()
plt.show()

Bộ nhớ đệm

# This bijector represents a matrix outer product on the forward pass,
# and a cholesky decomposition on the inverse pass. The latter costs O(N^3)!
bij = tfb.CholeskyOuterProduct()

size = 2500
# Make a big, lower-triangular matrix
big_lower_triangular = tf.eye(size)
# Squaring it gives us a positive-definite matrix
big_positive_definite = bij.forward(big_lower_triangular)

# Caching for the win!
%timeit bij.inverse(big_positive_definite)
%timeit tf.linalg.cholesky(big_positive_definite)

10000 loops, best of 3: 114 µs per loop
1 loops, best of 3: 208 ms per loop

MCMC

TFP đã xây dựng hỗ trợ cho một số thuật toán Markov chain Monte Carlo tiêu chuẩn, bao gồm cả Hamiltonian Monte Carlo.

Tạo tập dữ liệu

# Generate some data
def f(x, w):
  # Pad x with 1's so we can add bias via matmul
  x = tf.pad(x, [[1, 0], [0, 0]], constant_values=1)
  linop = tf.linalg.LinearOperatorFullMatrix(w[..., np.newaxis])
  result = linop.matmul(x, adjoint=True)
  return result[..., 0, :]

num_features = 2
num_examples = 50
noise_scale = .5
true_w = np.array([-1., 2., 3.])

xs = np.random.uniform(-1., 1., [num_features, num_examples])
ys = f(xs, true_w) + np.random.normal(0., noise_scale, size=num_examples)

# Visualize the data set
plt.scatter(*xs, c=ys, s=100, linewidths=0)

grid = np.meshgrid(*([np.linspace(-1, 1, 100)] * 2))
xs_grid = np.stack(grid, axis=0)
fs_grid = f(xs_grid.reshape([num_features, -1]), true_w)
fs_grid = np.reshape(fs_grid, [100, 100])
plt.colorbar()
plt.contour(xs_grid[0, ...], xs_grid[1, ...], fs_grid, 20, linewidths=1)
plt.show()

Xác định chức năng log-prob chung của chúng tôi

Hậu unnormalized là kết quả đóng trên các dữ liệu để tạo thành một ứng dụng phần của prob log doanh.

# Define the joint_log_prob function, and our unnormalized posterior.
def joint_log_prob(w, x, y):
  # Our model in maths is
  #   w ~ MVN([0, 0, 0], diag([1, 1, 1]))
  #   y_i ~ Normal(w @ x_i, noise_scale),  i=1..N

  rv_w = tfd.MultivariateNormalDiag(
    loc=np.zeros(num_features + 1),
    scale_diag=np.ones(num_features + 1))

  rv_y = tfd.Normal(f(x, w), noise_scale)
  return (rv_w.log_prob(w) +
          tf.reduce_sum(rv_y.log_prob(y), axis=-1))

# Create our unnormalized target density by currying x and y from the joint.
def unnormalized_posterior(w):
  return joint_log_prob(w, xs, ys)

Xây dựng HMC TransitionKernel và gọi sample_chain

# Create an HMC TransitionKernel
hmc_kernel = tfp.mcmc.HamiltonianMonteCarlo(
  target_log_prob_fn=unnormalized_posterior,
  step_size=np.float64(.1),
  num_leapfrog_steps=2)

# We wrap sample_chain in tf.function, telling TF to precompile a reusable
# computation graph, which will dramatically improve performance.
@tf.function
def run_chain(initial_state, num_results=1000, num_burnin_steps=500):
  return tfp.mcmc.sample_chain(
    num_results=num_results,
    num_burnin_steps=num_burnin_steps,
    current_state=initial_state,
    kernel=hmc_kernel,
    trace_fn=lambda current_state, kernel_results: kernel_results)

initial_state = np.zeros(num_features + 1)
samples, kernel_results = run_chain(initial_state)
print("Acceptance rate:", kernel_results.is_accepted.numpy().mean())

Acceptance rate: 0.915

Điều đó không tuyệt vời! Chúng tôi muốn tỷ lệ chấp nhận gần hơn .65.

(xem "Optimal Scaling cho khác nhau Metropolis-Hastings thuật toán" , Roberts & Rosenthal, 2001)

Kích thước bước thích ứng

Chúng ta có thể quấn HMC TransitionKernel của chúng tôi trong một SimpleStepSizeAdaptation "meta-kernel", mà sẽ áp dụng một số (chứ không phải đơn giản heuristic) logic để thích ứng với kích thước bước HMC trong Burnin. Chúng tôi phân bổ 80% lượng burnin để điều chỉnh kích thước bước, và sau đó để 20% còn lại chỉ để trộn.

# Apply a simple step size adaptation during burnin
@tf.function
def run_chain(initial_state, num_results=1000, num_burnin_steps=500):
  adaptive_kernel = tfp.mcmc.SimpleStepSizeAdaptation(
      hmc_kernel,
      num_adaptation_steps=int(.8 * num_burnin_steps),
      target_accept_prob=np.float64(.65))

  return tfp.mcmc.sample_chain(
    num_results=num_results,
    num_burnin_steps=num_burnin_steps,
    current_state=initial_state,
    kernel=adaptive_kernel,
    trace_fn=lambda cs, kr: kr)

samples, kernel_results = run_chain(
  initial_state=np.zeros(num_features+1))
print("Acceptance rate:", kernel_results.inner_results.is_accepted.numpy().mean())

Acceptance rate: 0.634

# Trace plots
colors = ['b', 'g', 'r']
for i in range(3):
  plt.plot(samples[:, i], c=colors[i], alpha=.3)
  plt.hlines(true_w[i], 0, 1000, zorder=4, color=colors[i], label="$w_{}$".format(i))
plt.legend(loc='upper right')
plt.show()

# Histogram of samples
for i in range(3):
  sns.distplot(samples[:, i], color=colors[i])
ymax = plt.ylim()[1]
for i in range(3):
  plt.vlines(true_w[i], 0, ymax, color=colors[i])
plt.ylim(0, ymax)
plt.show()

Chẩn đoán

Các âm mưu theo dõi rất hay, nhưng chẩn đoán còn đẹp hơn!

Đầu tiên, chúng ta cần chạy nhiều chuỗi. Đây là đơn giản như đưa ra một loạt các initial_state tensors.

# Instead of a single set of initial w's, we create a batch of 8.
num_chains = 8
initial_state = np.zeros([num_chains, num_features + 1])

chains, kernel_results = run_chain(initial_state)

r_hat = tfp.mcmc.potential_scale_reduction(chains)
print("Acceptance rate:", kernel_results.inner_results.is_accepted.numpy().mean())
print("R-hat diagnostic (per latent variable):", r_hat.numpy())

Acceptance rate: 0.59175
R-hat diagnostic (per latent variable): [0.99998395 0.99932185 0.9997064 ]

Lấy mẫu thang đo tiếng ồn

# Define the joint_log_prob function, and our unnormalized posterior.
def joint_log_prob(w, sigma, x, y):
  # Our model in maths is
  #   w ~ MVN([0, 0, 0], diag([1, 1, 1]))
  #   y_i ~ Normal(w @ x_i, noise_scale),  i=1..N

  rv_w = tfd.MultivariateNormalDiag(
    loc=np.zeros(num_features + 1),
    scale_diag=np.ones(num_features + 1))

  rv_sigma = tfd.LogNormal(np.float64(1.), np.float64(5.))

  rv_y = tfd.Normal(f(x, w), sigma[..., np.newaxis])
  return (rv_w.log_prob(w) +
          rv_sigma.log_prob(sigma) +
          tf.reduce_sum(rv_y.log_prob(y), axis=-1))

# Create our unnormalized target density by currying x and y from the joint.
def unnormalized_posterior(w, sigma):
  return joint_log_prob(w, sigma, xs, ys)


# Create an HMC TransitionKernel
hmc_kernel = tfp.mcmc.HamiltonianMonteCarlo(
  target_log_prob_fn=unnormalized_posterior,
  step_size=np.float64(.1),
  num_leapfrog_steps=4)



# Create a TransformedTransitionKernl
transformed_kernel = tfp.mcmc.TransformedTransitionKernel(
    inner_kernel=hmc_kernel,
    bijector=[tfb.Identity(),    # w
              tfb.Invert(tfb.Softplus())])   # sigma


# Apply a simple step size adaptation during burnin
@tf.function
def run_chain(initial_state, num_results=1000, num_burnin_steps=500):
  adaptive_kernel = tfp.mcmc.SimpleStepSizeAdaptation(
      transformed_kernel,
      num_adaptation_steps=int(.8 * num_burnin_steps),
      target_accept_prob=np.float64(.75))

  return tfp.mcmc.sample_chain(
    num_results=num_results,
    num_burnin_steps=num_burnin_steps,
    current_state=initial_state,
    kernel=adaptive_kernel,
    seed=(0, 1),
    trace_fn=lambda cs, kr: kr)


# Instead of a single set of initial w's, we create a batch of 8.
num_chains = 8
initial_state = [np.zeros([num_chains, num_features + 1]),
                 .54 * np.ones([num_chains], dtype=np.float64)]

chains, kernel_results = run_chain(initial_state)

r_hat = tfp.mcmc.potential_scale_reduction(chains)
print("Acceptance rate:", kernel_results.inner_results.inner_results.is_accepted.numpy().mean())
print("R-hat diagnostic (per w variable):", r_hat[0].numpy())
print("R-hat diagnostic (sigma):", r_hat[1].numpy())

Acceptance rate: 0.715875
R-hat diagnostic (per w variable): [1.0000073  1.00458208 1.00450512]
R-hat diagnostic (sigma): 1.0092056996149859

w_chains, sigma_chains = chains

# Trace plots of w (one of 8 chains)
colors = ['b', 'g', 'r', 'teal']
fig, axes = plt.subplots(4, num_chains, figsize=(4 * num_chains, 8))
for j in range(num_chains):
  for i in range(3):
    ax = axes[i][j]
    ax.plot(w_chains[:, j, i], c=colors[i], alpha=.3)
    ax.hlines(true_w[i], 0, 1000, zorder=4, color=colors[i], label="$w_{}$".format(i))
    ax.legend(loc='upper right')
  ax = axes[3][j]
  ax.plot(sigma_chains[:, j], alpha=.3, c=colors[3])
  ax.hlines(noise_scale, 0, 1000, zorder=4, color=colors[3], label=r"$\sigma$".format(i))
  ax.legend(loc='upper right')
fig.tight_layout()
plt.show()

# Histogram of samples of w
fig, axes = plt.subplots(4, num_chains, figsize=(4 * num_chains, 8))
for j in range(num_chains):
  for i in range(3):
    ax = axes[i][j]
    sns.distplot(w_chains[:, j, i], color=colors[i], norm_hist=True, ax=ax, hist_kws={'alpha': .3})
  for i in range(3):
    ax = axes[i][j]
    ymax = ax.get_ylim()[1]
    ax.vlines(true_w[i], 0, ymax, color=colors[i], label="$w_{}$".format(i), linewidth=3)
    ax.set_ylim(0, ymax)
    ax.legend(loc='upper right')


  ax = axes[3][j]
  sns.distplot(sigma_chains[:, j], color=colors[3], norm_hist=True, ax=ax, hist_kws={'alpha': .3})
  ymax = ax.get_ylim()[1]
  ax.vlines(noise_scale, 0, ymax, color=colors[3], label=r"$\sigma$".format(i), linewidth=3)
  ax.set_ylim(0, ymax)
  ax.legend(loc='upper right')
fig.tight_layout()
plt.show()

Còn rất nhiều nữa!

Xem các bài đăng và ví dụ blog thú vị này:

• Kết cấu chuỗi thời gian hỗ trợ viết blog colab
• Xác suất Keras Layers (đầu vào: tensor, đầu ra: Phân bố!) Viết blog colab
  • Một lớp Ví dụ: Vaes blog của colab
• Gaussian Process Regression colab và Biến tiềm ẩn Modeling colab

Nhiều ví dụ và máy tính xách tay trên GitHub của chúng tôi ở đây !