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変分推論arXiv:2605.10934

ニューラル傾斜によるレヴィ過程駆動SDEの変分推論

Variational Inference for L\'evy Process-Driven SDEs via Neural Tilting

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レヴィ過程で駆動される確率微分方程式のベイズ推論を、ニューラルネットワークによる指数傾斜で変分族を構成し、ジャンプ構造を保ちつつ効率的に推論する手法を提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- L\'evy過程駆動の確率微分方程式(SDE)に対する変分推論手法。 - ニューラルネットワークによる指数傾斜(exponential tilting)で変分分布を構築。 - ジャンプとヘビーテールを捉え、ベイズ推論を効率的に行う。 - 金融、気候科学、安全クリティカルAIなどへの応用を想定。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来のMonte Carlo法は厳密だがスケーラビリティに欠ける。 - ニューラル変分推論は効率的だがガウス仮定に依存し不連続性を捉えられない。 - 提案手法はL\'evy測度をニューラルネットで指数再重み付けし、ジャンプ構造を保持しつつ計算可能。 - ガウスベースの変分法が失敗する領域でも正確な推論を実現。

3. 技術・手法の肝は?

- L\'evy測度をニューラルネットワークで指数傾斜させ、柔軟な変分族を構築。 - 二次ニューラルパラメータ化により傾斜測度の閉形式正規化を実現。 - 安定過程の条件付きガウス表現でシミュレーションを容易に。 - 対称性を考慮したMonte Carlo推定量でスケーラブルな最適化を可能に。

4. どうやって有効だと検証した?

- 合成データと実世界データセットで実験。 - ジャンプダイナミクスを正確に捉え、信頼できる事後推論を実現。 - ガウスベースの変分アプローチが失敗する領域で有効性を確認。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究: Monte Carloアプローチ、ニューラル変分推論法。 - 関連手法: L\'evy過程、確率微分方程式、指数傾斜、変分推論。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Yaman Kindap, Manfred Opper, Benjamin Dupuis, Umut Simsekli, Tolga Birdal

分類: cs.LG, cs.AI, cs.CV, cs.RO, stat.ML

原文アブストラクト

Modelling extreme events and heavy-tailed phenomena is central to building reliable predictive systems in domains such as finance, climate science, and safety-critical AI. While L\'evy processes provide a natural mathematical framework for capturing jumps and heavy tails, Bayesian inference for L\'evy-driven stochastic differential equations (SDEs) remains intractable with existing methods: Monte Carlo approaches are rigorous but lack scalability, whereas neural variational inference methods are efficient but rely on Gaussian assumptions that fail to capture discontinuities. We address this tension by introducing a neural exponential tilting framework for variational inference in L\'evy-driven SDEs. Our approach constructs a flexible variational family by exponentially reweighting the L\'evy measure using neural networks. This parametrization preserves the jump structure of the underlying process while remaining computationally tractable. To enable efficient inference, we develop a quadratic neural parametrization that yields closed-form normalization of the tilted measure, a conditional Gaussian representation for stable processes that facilitates simulation, and symmetry-aware Monte Carlo estimators for scalable optimization. Empirically, we demonstrate that the method accurately captures jump dynamics and yields reliable posterior inference in regimes where Gaussian-based variational approaches fail, on both synthetic and real-world datasets.

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