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情报几何入门-Staff.ppt

发布:2017-03-05约字共52页下载文档
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情報幾何入門 赤穂昭太郎 産業技術総合研究所 脳神経情報研究部門 情報幾何 情報処理を幾何的に(図で)理解する 情報幾何から導かれる結論 多くのモデルは「平ら」である 多くのアルゴリズムは平らなモデルに 「まっすぐ」射影を下ろしたものになっている ただし,「平ら」「まっすぐ」は普通と違って 2種類ある(eとm:双対構造) 共通言語としての情報幾何 確率モデルやその周辺分野 統計学 システム制御 符号理論 最適化理論 統計物理 世の中=確率モデル 情報幾何の出発点: 確率モデル 座標系 例: 離散分布 例: 正規分布 空間の構造 ユークリッド空間ではダメ? ユークリッドではA-B と C-D の隔たりが同じになる 空間の構造 空間の構造は何で決まるか? 点の近く: 線形空間(計量) 空間全体: 線形空間のつながり方を決める (接続) 設計方針 統計的に自然なもの パラメータの取り方によらない 点の近くの構造:線形空間 線形空間(接空間) 接空間の構造は 基底の間の内積で 決まる(リーマン計量) 情報幾何での計量 統計的不変性?フィッシャー情報行列 なぜフィッシャー情報量か? クラメール?ラオの不等式 N個のサンプルからの の推定量 の分散の下限 が のまわりでの散らばり具合を表す ? が大きいところはきめが粗い 例:正規分布 だけ微小に動かしたときの変化は ?分散の小さいところは少し動かしただけで 大きくずれる 計量と座標変換 計量は(一般に非線形な)座標変換に対して線形に変換される(テンソル) ユークリッド空間をつなぐ 各点ごとにバラバラの接空間 ?接空間をつなぐ(接続) 接ベクトル の平行移動 を(アファイン)接続係数と呼ぶ 測地線:まっすぐな線 ある接ベクトルの方向 の自分自身への 平行移動 をつなげたものを測地線という (直線の概念の一般化) 接続をどう決めるか? 二つの接ベクトルを平行移動したとき, 普通(物理等)はその間の内積を保存したい これを満たす接続は計量から一意的に決まってしまう?レビ?チビタ接続 ところが情報幾何ではそれ以外の接続も考える α接続 統計的な不変性?パラメータαをもつ接続係数に限られる 特にα=0のときがレビ?チビタ接続 情報幾何ではα=±1のときが最重要! 平坦な空間 接続はテンソルではない(座標系に依存) 逆に言えば,うまく座標系を取れば,G=0に できる(まっすぐな空間) このような座標系がもし存在するとき αアファイン座標系といい,その座標系に ついてα平坦であるという. 平坦な座標系の測地線(α測地線)はαアファイン座標系での直線になっている. 重要な分布族 α=±1 は特別な意味がある: 確率分布の分布族で,α平坦になるのは 「指数分布族(exponential family)」と 「混合分布族(mixture family)」の 二つだけで,それぞれα=±1に対応する 指数分布族 情報幾何で最も基本的な分布族 指数分布族は q をアファイン座標系として 1-平坦 指数分布族は特別なので1-平坦や1-接続のことをe-平坦とかe-接続という(e=exponential) 混合分布族 確率分布の線形和 パラメータθをアファイン座標系として -1平坦 混合分布族は特別なのでー1平坦,-1接続のことをm平坦,m接続という(m:mixture) 離散分布は混合かつ指数 混合分布族としては 指数分布族としては 正規分布は指数分布族 双対平坦と双対座標 実はα平坦なら,別の座標系が存在して ーα平坦 になる α平坦な座標系:θ,-α平坦な座標系:η ルジャンドル変換:ポテンシャル関数 , 双対性 θに対する計量: ηに対する計量: 計量が座標変換のヤコビ行列になっている θ座標での基底: η座標での基底: 双対直交: 指数分布族の場合 θ座標系は1平坦 双対座標は ポテンシャルはψそのもの 混合分布族も双対平坦だが双対座標が 単純な形で書けないので,結局 指数分布族が唯一重要な分布族 離散分布の場合 e座標系 確率値の対数の線形空間 m座標系 確率値の線形空間 例:正規分布 部分空間と射影 情報幾何的世
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