MIS

background

对于复杂函数f(x)的MC积分,可以使用重要性采样。如果采样函数的形状和被积函数类似,可以加快收敛速度。

采样函数pa和pb联合之后,可以和被积函数更相似

如上图采样函数p_ap_b,单独使用的时候,可能造成极大的variance,例如f(x_a)/p_a(x_a)会是一个很大的数值。

如上图采样函数p_ap_b联合之后,可以和被积函数更相似,因此联合两种采样方法,可以减少方差加快收敛速度, 即\frac{f(x_a)}{[p_a(x_a)+p_b(x_a)]*0.5}不会爆表。

方法可以为:从p_a或者p_b中随机选一个作为采样方法,再从中采样若干个样本。这基本相当于从两个分布的加权平均中进行采样。

method

原始MC estimator为:

F=\frac{1}{N}\sum_{i=1}^{N}\frac{f(x_{i})}{p_i(x_{i})}

假定有n中采样方法p_1(x), p_2(x), ..., p_n(x)(路径生成方法),且从第i个方法中,生成n_i个样本x_{i,1},x_{i,2} ... x_{i,n_j}

那么MIS estimator为:

F=\sum_{i=1}^{n}\frac{1}{n_i}\sum_{j=1}^{n_i}w_i(x_{i,j})\frac{f(x_{i,j})}{p_i(x_{i,j})}

其中\sum_{i=1}^{n}w_i(x)=1, 表明,同一个样本x被不同的n中采样技术估计后,权重之和为1
w_i(x) = \frac{n_ip_i(x)}{\sum_k n_k p_k(x)}, w_i(x)表示样本xn种不同采样方法估量之后,使用当前采样方法p_i(x)占所有情况的的一个比例。

对于每一种采样技术得到的样本,加权求和(\frac{1}{n_i}\sum_{j=1}^{n_i}w(x_{i,j})\frac{f(x_{i,j})}{p_i(x_{i,j})}):

  • 这一项,实际上相当于只有一个采样技术时候的MC积分,只不过,对于每一项乘以了权重。
  • 再进一步理解:相当于,(只有一个采样技术时候),对于每一个样本,这个样本被不同的采样方法综合考量(weighted)以后的结果

最后,因为在权重w_i(x)中已经考虑了n中采样技术的平均了,对于每一种采样技术,直接求和(\sum_{i=1}^{n}),

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