关于数据挖掘:R语言RStan-MCMCNUTS采样算法用LASSO-构建贝叶斯线性回归模型

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如果你正在进行统计分析:想要加一些先验信息,最终你想要的是预测。所以你决定应用贝叶斯。
然而,你没有共轭先验。你可能会破费很长时间编写 Metropolis-Hastings 代码,优化承受率和提议散布,或者你能够应用 RStan。

Hamiltonian Monte Carlo(HMC)

HMC 是一种为 MH 算法生成提议散布的办法,该提议散布被承受的概率很高。具体算法过程请查看参考文献。
打个比方:
给粒子一些动量。
它在滑冰场四周滑行,大部分工夫都在密度高的中央。
拍摄这条轨迹的快照为后验散布提供了一个倡议样本。
而后咱们应用 Metropolis-Hastings 进行校对。

NUTS 采样器(No-U-turn Sampler)

HMC,像 RWMH 一样,须要对步骤的数量和大小进行一些调整。
No-U-Turn Sampler “ 或 NUTs(Hoffman 和 Gelman(2014)),对这些进行了自适应的优化。
NUTS 建设了一组可能的候选点,并在轨迹开始自圆其说时立刻进行。

Stan 的长处

能够产生高维度的提议,这些提议被承受的概率很高,而不须要花工夫进行调整。
有内置的诊断程序来剖析 MCMC 的输入。
在 C ++ 中构建,所以运行迅速,输入到 R。

示例

如何应用 LASSO 构建贝叶斯线性回归模型。

构建 Stan 模型

数据:n、p、Y、X 先验参数,超参数
参数:
模型:高斯似然、拉普拉斯和伽玛先验。
输入:后验样本,后验预测样本。

数据

int<lwer=0> n;
vectr\[n\] y;
rel<loer=0> a;

参数

vetor\[p+1\] beta;
real<lowr=0> siga;

转换后的参数(可选)

vectr\[n\] liped;
lnpred = X*bea;

模型

bta ~ dolexneial(0,w);
siga ~ gama(a,b);

或没有矢量化,

for(i in 1:n){y\[i\]~noral(X\[i,\]*beta,siga);
}

生成的数量(可选)

vecor\[n\] yprict;
for(i in 1:n){prdit\[i\] = nrmlrng(lnprd\[i\],siga);

对后验样本的每一个元素都要评估一次这个代码。

职业声望数据集

这里咱们应用职业声望数据集,它有以下变量

教育:职业退职者的均匀教育水平,年。

支出:退职者的平均收入,元。

女性:退职者中女性的百分比。

权威:Pineo-Porter 的职业声望得分,来自一项社会考察。

普查:人口普查的职业代码。

类型:职业的类型

bc: 蓝领
prof: 业余、治理和技术
wc: 白领
 

 在 R 中运行

library(rstan)
stan(file="byLASO",iter=50000)

 在 3.5 秒内运行 25000 次预热和 25000 次采样。
第一次编译 c ++ 代码,所以可能须要更长的工夫。

绘制后验分布图

par(mrow=c(1,2))
plot(denty(prs$bea)

预测散布

plot(density)

链诊断

splas\[\[1\]\[1:5,\]

链诊断

trac("beta")

 

链诊断

pa(pars="beta")

更多链诊断

Stan 还能够从链中提取各种其余诊断,如置信区间、无效样本量和马尔可夫链平方误差。
链的值与各种链属性、对数似然、承受率和步长之间的比拟图。
 

Stan 出错

stan 应用的步骤太大。
能够通过手动减少冀望的均匀接受度来解决。
adapt_delta,高于其默认的 0.8
 

stan(cntl = list(datta = 0.99, mxrh = 15))

这会减慢你的链的速度,但可能会产生更好的样本。

自制函数

Stan 也兼容自制函数。
如果你的先验或似然函数不规范,则很有用。

model {beta ~ doubexp(0,w);
for(i in 1:n){
logprb(‐0.5*fs(1‐(exp(normalog(siga))/yde));
}
}

论断

不要浪费时间编码和调整 RWMH.
Stan 运行得更快,会主动调整,并且应该会产生较好的样本。

参考文献

Alder, Berni J, and T E Wainwright. 1959.“Studies in Molecular Dynamics. I. General Method.”The Journal of Chemical Physics 31 (2). AIP: 459–66.

Hoffman, Matthew D, and Andrew Gelman. 2014.“The No-U-Turn Sampler: Adaptively Setting Path Lengths in Hamiltonian Monte Carlo.”Journal of Machine Learning Research 15 (1): 1593–1623.


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