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3.2 线性最小二乘与 Moore–Penrose 解(PIELM)
7. 边缘似然(evidence)与超参数选择:Type-II 最大化
13.将下面代码完整保存为 bpielm_burgers.py 并运行:
本章系统而完整地推导贝叶斯物理约束极限学习机(Bayesian Physics-Informed Extreme Learning Machine, 简称 BPIELM)的数学原理与推理过程。目标是把 BPIELM 的每一步写成教材中可直接采用的教科书章节:从极限学习机(ELM)的结构、将物理约束并入 ELM(PIELM)的线性化处理,到在输出层引入贝叶斯先验并推导后验、预测分布与超参数证据(marginal likelihood)的求解。论述强调逻辑严密、步骤完整、每一处结论给出必要证明或对等价关系的推导。为便于阅读与后续实现,本章按主题分为若干子节,每节既有公式也有文字解释,并在证明中显式列出中间步骤。
重要结论提示(供读者把握要点):
对于 线性 PDE 问题并采用极限学习机(ELM)结构后,未知函数对输出权重是线性的;在假设观测噪声为高斯白噪声与在输出权重上施加高斯先验后,输出权重的后验分布为解析高斯分布,预测分布亦可解析得到。arXiv
在该线性化框架下,最大后验估计(MAP)与带正则化的最小二乘解等价;贝叶斯边缘似然(evidence)可以用来选择正则化强度(或先验精度),并且这一过程是解析可解的(Type-II 最大化/证据近似)。
贝叶斯物理约束ELM原理与实现
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