点参考数据

1 空间过程及平稳性假设 《随机过程与随机场》 ： 将空间表面（Surface）视为空间随机过程的一次实现，并将点参考数据视为空间表面的一次不完整观测，是研究点参考数据的基本假设。在此假设下，构成空间数据集的 nnn 个具有地理参考的观测值集合，并不代表大小为 nnn 的样本，而是代表了对一次随机实验的不完整观测，是一个来自 nnn 维分布的大小为 111 的样本。这种假设对于理解点参考数据的统计模型非常重要，也同时使传统基于重复观测的统计方法失效。本文介绍了这种假设以及相关的概念和知识。该文中还有部分关于空间连续性和可微性的讨论，之前认为不重要，但后来细品一下可能涉及点参考数据和面元数据之间的转换问题，将来有时间可以配合《随机偏微分方程方法: 高斯场和高斯马尔可夫随机场之间的明确联系》 进一步理解。 2 经典克里金方法 点参考数据及克里金法（2005） : 本文介绍了传统地统计学中的克里金方法。该方法发源于 1940 年代的地统计学领域，主要用于解决插值问题，因 Krige 1960 年的一篇硕士论文而命名。克里金法是一种基于高斯过程假设的经验估计和预测方法，建立 ...

【摘 要】由于空间数据的复杂性，使其统计建模非常困难。分层建模方法由于能够对模型进行分解，从而使建模和推断变得更具可操作性，因此在空间统计学领域得到快速应用和发展。而本文正是围绕空间数据的分层建模方法展开的。文中涉及通用分层建模方法、地统计中的分层建模、广义线性模型的分层建模等内容，以及相应的推断问题。本文内容摘自 Gelfand 的 《空间统计手册》第七章。 【原 文】 Gelfand, A.E. et al. (2010)， Handbook of spatial statistics (chapter 7). CRC press. 7.1 简介 在空间统计中，人们通常必须在存在复杂过程、多个数据源、参数化不确定性和不同程度的科学知识的情况下开发统计模型。人们可以从联合或条件的角度来处理这些复杂的问题。虽然从联合角度考虑过程可能很直观，但这种方法可能对统计建模提出严重挑战。例如，可能很难为相关空间数据集指定联合多元依赖结构。将此类联合分布分解为一系列条件模型可能会容易得多。例如，考虑以近地表环境空气温度为条件的近地表臭氧过程（尤其是在夏季）比同时考虑臭氧和温度过程更简 ...

【摘 要】在空间统计学中，点参考数据模型通常采用高斯过程（场）建模，而超参数的推断则主要有基于经验的矩量估计法和基于似然的统计推断方法。本文主要介绍基于似然的统计推断方法。文中涉及最大似然估计、受限最大似然估计、组合似然近似估计、渐进特性分析等内容。本文内容摘自 Gelfand 的 《空间统计手册》第四章。 【原 文】 Gelfand, A.E. et al. (2010)， Handbook of spatial statistics (chapter 4). CRC press. 关于似然方法的基础资料见： 参见 普度大学机器人视觉实验室的 《最大似然、最大后验与贝叶斯方法的区别》 参见 Reid 等 2010 年的 《似然函数与基于似然的推断》 参见 Cousineau 等 2016 年 《似然概念的扫盲帖》 对非似然方法感兴趣的同学，可以阅读： 参见 《近似贝叶斯计算（ABC）索引贴》 4.1 概述 上一章考虑了结合使用矩量法和最小二乘法来估计地质统计模型的参数（参见 《点参考数据及克里金法》 ）。这些方法统称为 “经典地质统计学” ，通常不 ...

【摘 要】 我们开发了一个多分辨率模型来预测基于不规则间隔观测的二维空间场。每个分辨率级别的径向基函数都是使用 Wendland 紧支撑的相关函数构建，“结点” 排列在矩形网格上。每个更精细级别的网格以两倍率增加，并且基函数按比例缩放以具有恒定的重叠。在每个分辨率级别与基函数关联的权重系数，根据高斯马尔可夫随机场 (GMRF) 来分布，并充分利用基被组织为网格的事实。几个数值示例和分析结果表明，该方案可以很好地逼近标准协方差函数，例如 Matern，并且还具有适应更复杂形状的灵活性。该模型的另一个重要特征是可以应用于大型空间数据集的统计推断，因为计算中的关键矩阵是稀疏的。计算的高效性适用于似然计算和空间预测。 【原 文】 Nychka, D. et al. (2015) ‘A multiresolution gaussian process model for the analysis of large spatial datasets’, Journal of Computational and Graphical Statistics, 24(2), pp. 579–5 ...

【摘 要】 卫星和飞机上的自动传感仪器能够收集大空间区域空间场的大量高分辨率观测数据。如果可以有效地利用这些数据集，它们可以为各种问题提供新的见解。然而，传统的空间统计技术（如克里金法）在计算上对于大数据集不可行。我们提出了在空间不规则位置观测到的高斯过程的多分辨率近似 (M-RA)。 M-RA 过程被指定为多个空间分辨率级别的基函数的线性组合，它可以捕获从非常精细到非常大尺度的空间结构。自动选择基函数来近似给定的协方差函数，该协方差函数可以是非平稳的。所有涉及 M-RA 的计算，包括参数推断和预测，对于海量数据集都是高度可扩展的。至关重要的是，推断算法也可以并行化，以充分利用大型分布式内存计算环境。在使用模拟数据和大型卫星数据集进行比较时，M-RA 优于相关的最新技术 【原 文】 Katzfuss, M. (2017) ‘A Multi-Resolution Approximation for Massive Spatial Datasets’, Journal of the American Statistical Association, 112(517), pp. ...

【摘 要】 介绍了专门用于空间数据的变分高斯过程 (VGP) 模型，利用了机器学习领域的最新进展。该模型是模块化和可定制的，能够处理关于数据的不同假设。本文工作侧重于多元稳健回归，使用 εεε 不敏感损失函数的自适应。 变分高斯过程使端到端建模成为可能：正态分值变换、空间模式检测和预测。本文提出了一种处理大型数据集的方法，并给出了可用的开源实现。 【原 文】 Gonçalves, Í.G., Guadagnin, F. and Cordova, D.P. (2022) ‘Learning spatial patterns with variational Gaussian processes: Regression’, Computers & Geosciences, p. 105056. Available at: https://doi.org/10.1016/j.cageo.2022.105056. 1 引言 高斯过程 (Gaussian Process，GP) 模型具有能生成具有置信区间的预测、可以从小数据集中学习、抗过拟合等技术优势，因此在机器学习社区中迅 ...

【摘 要】 高斯过程和随机场有着悠久的历史，包含了表示空间和时空相关结构的很多方法，例如：协方差函数、谱表示、再生核希尔伯特空间、基于图的模型等。本文介绍了随机偏微分方程方法（SPDE）如何通过 Hilbert 空间投影，将 Matern 协方差模型与其中几种方法建立起联系，并且每种联系在不同情况下都非常有用。除了主要思想的概述之外，本文还讨论了一些重要的扩展、理论、应用和其他新发展。这些方法包括：马尔可夫模型、非马尔可夫模型、非高斯随机场、非平稳场、任意流形上的时空场等，以及实际计算需要考虑的因素。 【原 文】 Lindgren, F., Bolin, D. and Rue, H. (2022) ‘The SPDE approach for Gaussian and non-Gaussian fields: 10 years and still running’, Spatial Statistics, 50, p. 100599. Available at: https://doi.org/10.1016/j.spasta.2022.100599. 1 简介 关于高斯场 ...

〖摘 要〗 高斯过程 (GP) 是用于地理空间分析、非参数回归和机器学习的高度灵活的函数估计器，但它们在计算上对大型数据集不可行。 高斯过程的 Vecchia 近似已被用于快速估算参数推断的似然。本文研究了在已观测和未观测位置处进行空间预测时的 Vecchia 近似，包括在大型位置集上获得联合预测分布。我们考虑了用于高斯过程预测的通用 Vecchia 框架，其中包含一些新的和已有的特例。我们从理论和数值上研究了这些方法的准确性和计算特性，并且证明了新方法表现出在空间位置总数上的线性计算复杂性。我们表明，框架内的某些选择会对不确定性量化和计算成本产生强烈影响，从而就哪些方法最适合各种设置提出具体建议。我们还将方法应用于叶绿素荧光卫星数据集，表明新方法比现有方法更快或更准确，并削减了预测结果图中不符合实际的伪影。 〖原 文〗 Katzfuss, M. et al. (2020) ‘Vecchia approximations of Gaussian-process predictions’, Journal of Agricultural, Biological and Env ...

【摘要】 高斯过程通常用作函数、时间序列和空间场的模型，但它们对大型数据集在计算上不可行。着眼于高斯过程加上加性噪声项的数据建模典型设置，本文提出了 Vecchia (1988) 方法的泛化作为高斯过程近似的框架。我们展示的通用 Vecchia 方法包含了现有许多流行的高斯过程近似特例，并且允许在统一框架内比较不同方法。通过有向无环图模型，我们确定了推断所需矩阵的稀疏性，从而对计算特性有了新的认识。基于这些结果，我们提出了一种新的稀疏通用 Vecchia 近似，它确保了大型空间数据集的计算可行性，但可以产生比原始 Vecchia 方法近似精度更好的结果。文中提供了几个理论结果并进行了数值比较。 【原文】 Katzfuss, M. and Guinness, J. (2021) ‘A general framework for Vecchia approximations of Gaussian processes’, Statistical Science, 36(1). Available at: https://doi.org/10.1214/19-STS755. 1 ...

〖摘 要〗 介绍了连续域空间过程的参数估计（指均值函数的参数估计）和模型识别（指残差对应的空间过程模型识别）程序。在本文中，空间过程被假定为具有残差的线性模型，且残差服从二阶平稳高斯随机场，同时假定数据由任意采样位置处空间过程的含噪声观测值组成。本文采用了具有椭圆等值线的二维有理密度函数对空间协方差函数进行建模，文中提出的迭代式估计方法可以减轻非格元数据中常规最大似然估计的许多计算困难。 〖原 文〗 Vecchia, A.V. (1988) ‘Estimation and Model Identification for Continuous Spatial Processes’, Journal of the Royal Statistical Society: Series B (Methodological), 50(2), pp. 297–312. Available at: https://doi.org/10.1111/j.2517-6161.1988.tb01729.x. 1 引言 1.1 背景 令 {Z(x,y)}\{Z(x, y)\}{Z(x,y)} 为一 ...