数学 > 统计理论
[提交于 2025年9月30日
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标题: 一种贝叶斯对集合卡尔曼更新的描述
标题: A Bayesian Characterization of Ensemble Kalman Updates
摘要: 集合卡尔曼滤波(EnKF)的更新,称为集合卡尔曼更新(EnKU),广泛用于反问题和数据同化的贝叶斯推断。在每个过滤步骤中,它通过从联合测度$\pi$中采样的粒子集合$(X_i,Y_i)\sim\pi$和观测$y_\ast\in\mathbb{R}^m$来近似无似然函数的贝叶斯反演解。后验分布${\pi}_{X|Y=y_\ast}$通过由卡尔曼增益确定的仿射映射$L^{\mathrm{EnKU}}_{y_\ast}(x,y)$将$(X_i,Y_i)$进行传输来近似。 虽然EnKU在平均场极限下对于高斯联合分布$\pi$是精确的,但仅精确性本身并不能确定更新:无限多的仿射映射$L_{y_\ast}$将一个高斯$\pi$推至$\pi_{X|Y=y_\ast}$。 这引发了一个问题:应该使用哪个仿射映射来估计后验? 我们给出了所有此类映射中EnKU的特征描述。 首先,我们描述了EnKU产生精确条件化的分布集合$\mathrm{E}^{\mathrm{EnKU}}$,表明它比高斯族更大。 接下来,我们证明了除了$\mathrm{E}^{\mathrm{EnKU}}$中一小类高度对称分布(包括高斯分布)外,EnKU是唯一的精确仿射条件化映射。 最后,我们要求出最大的可能集合$\mathrm{F}$,其中任何依赖于测度的仿射传输都可以是精确的;在表征$\mathrm{F}$后,我们证明 EnKU 的精确性集合几乎是最大的:$\mathrm{F}=\mathrm{E}^{\mathrm{EnKU}}\cup\mathrm{S}_{\mathrm{nl-dec}}$,其中$\mathrm{S}_{\mathrm{nl-dec}}$是一个小的对称类。因此,在仿射传输中,EnKU 在高斯分布之外的精确条件方面是近最优的,并且是唯一一种对于$\mathrm{F}$中任何测度(除了强对称定律的一个子类)实现精确性的仿射更新。
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