Untying the Gordian knot of Bayesian inference in Markov networks
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
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| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18153/tde-07082025-135629/ |
Resumo: | This work addresses the double intractability of Bayesian inference in Markov random fields by developing three novel strategies that bypass the partition function while preserving probabilistic coherence. The first strategy extends Besags pseudolikelihood approximation with copulabased local likelihoods to model continuous dependencies without requiring global normalization. The second strategy introduces copula hyperstructures that render complex undirected models decomposable via chordal graph factorization, enabling exact inference through junctiontree methods. The third strategy constructs semiparametric MRFs by combining Bernsteinpolynomial marginals with a WhittleMatérn stochastic partial differential equationbased covariance representation, yielding efficient inference and nonparanormal flexibility. Empirical evaluation on simulated and real-world datasets for extreme precipitation spatial distribution demonstrates that the proposed method outperforms two established Bayesian spatial baselines in predictive accuracy and uncertainty quantification. By unifying copula theory with structured Bayesian probabilistic modeling, this work advances the theoretical perspective of Markov random fields while delivering practical, interpretable tools for high-dimensional networked systems, bridging the gap between probabilistic coherence and computational tractability in complex environmental processes. |
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Untying the Gordian knot of Bayesian inference in Markov networksDesatando o nó Górdio da inferência Bayesiana em redes de MarkovBayesian inferencecopula theoryinferência BayesianaMarkov random fieldsnonparanormal networksprocessos estocásticosredes de Markovredes não-paranormaisstochastic processesteoria de cópulasThis work addresses the double intractability of Bayesian inference in Markov random fields by developing three novel strategies that bypass the partition function while preserving probabilistic coherence. The first strategy extends Besags pseudolikelihood approximation with copulabased local likelihoods to model continuous dependencies without requiring global normalization. The second strategy introduces copula hyperstructures that render complex undirected models decomposable via chordal graph factorization, enabling exact inference through junctiontree methods. The third strategy constructs semiparametric MRFs by combining Bernsteinpolynomial marginals with a WhittleMatérn stochastic partial differential equationbased covariance representation, yielding efficient inference and nonparanormal flexibility. Empirical evaluation on simulated and real-world datasets for extreme precipitation spatial distribution demonstrates that the proposed method outperforms two established Bayesian spatial baselines in predictive accuracy and uncertainty quantification. By unifying copula theory with structured Bayesian probabilistic modeling, this work advances the theoretical perspective of Markov random fields while delivering practical, interpretable tools for high-dimensional networked systems, bridging the gap between probabilistic coherence and computational tractability in complex environmental processes.Este trabalho aborda a dupla intratabilidade da inferência Bayesiana em redes de Markov, desenvolvendo três novas estratégias que contornam o cálculo da função de partição, preservando a coerência probabilística. A primeira estratégia estende a aproximação de pseudoverossimilhança de Besag com distribuições condicionais locais baseadas em cópulas para modelar dependências contínuas sem a necessidade de normalização global. A segunda estratégia introduz hiperestruturas de cópula que tornam modelos complexos não direcionados decomponíveis via fatoração de grafos cordais, permitindo inferência exata por meio de métodos baseados em árvores. A terceira estratégia constrói redes de Markov semiparamétricas combinando marginais polinomiais de Bernstein com uma representação de covariância baseada em equações diferenciais parciais estocásticas de Whittle-Matérn, produzindo inferência eficiente e flexibilidade não-paranormal. A avaliação empírica em conjuntos de dados simulados e do mundo real para distribuição espacial de precipitação extrema demonstra que o método proposto supera em precisão preditiva e quantificação de incerteza dois métodos amplamente difundidos de comparação para modelagem espacial bayesiana. Ao unificar a teoria da cópula com a modelagem probabilística bayesiana, este trabalho avança a perspectiva teórica de redes de Markov ao mesmo tempo em que fornece ferramentas práticas e interpretáveis para sistemas em rede, preenchendo a lacuna entre a coerência probabilística e a tratabilidade computacional em processos ambientais complexos.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPMaciel, Carlos DiasDesuó Neto, Luiz2025-07-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18153/tde-07082025-135629/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2025-08-08T13:14:02Zoai:teses.usp.br:tde-07082025-135629Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-08-08T13:14:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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This work addresses the double intractability of Bayesian inference in Markov random fields by developing three novel strategies that bypass the partition function while preserving probabilistic coherence. The first strategy extends Besags pseudolikelihood approximation with copulabased local likelihoods to model continuous dependencies without requiring global normalization. The second strategy introduces copula hyperstructures that render complex undirected models decomposable via chordal graph factorization, enabling exact inference through junctiontree methods. The third strategy constructs semiparametric MRFs by combining Bernsteinpolynomial marginals with a WhittleMatérn stochastic partial differential equationbased covariance representation, yielding efficient inference and nonparanormal flexibility. Empirical evaluation on simulated and real-world datasets for extreme precipitation spatial distribution demonstrates that the proposed method outperforms two established Bayesian spatial baselines in predictive accuracy and uncertainty quantification. By unifying copula theory with structured Bayesian probabilistic modeling, this work advances the theoretical perspective of Markov random fields while delivering practical, interpretable tools for high-dimensional networked systems, bridging the gap between probabilistic coherence and computational tractability in complex environmental processes. |
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