MIS

background

對(duì)于復(fù)雜函數(shù)f(x)的MC積分,可以使用重要性采樣。如果采樣函數(shù)的形狀和被積函數(shù)類似,可以加快收斂速度。

采樣函數(shù)pa和pb聯(lián)合之后,可以和被積函數(shù)更相似

如上圖采樣函數(shù)p_ap_b,單獨(dú)使用的時(shí)候,可能造成極大的variance,例如f(x_a)/p_a(x_a)會(huì)是一個(gè)很大的數(shù)值。

如上圖采樣函數(shù)p_ap_b聯(lián)合之后,可以和被積函數(shù)更相似,因此聯(lián)合兩種采樣方法,可以減少方差加快收斂速度, 即\frac{f(x_a)}{[p_a(x_a)+p_b(x_a)]*0.5}不會(huì)爆表。

方法可以為:從p_a或者p_b中隨機(jī)選一個(gè)作為采樣方法,再?gòu)闹胁蓸尤舾蓚€(gè)樣本。這基本相當(dāng)于從兩個(gè)分布的加權(quán)平均中進(jìn)行采樣。

method

原始MC estimator為:

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

假定有n中采樣方法p_1(x), p_2(x), ..., p_n(x)(路徑生成方法),且從第i個(gè)方法中,生成n_i個(gè)樣本x_{i,1},x_{i,2} ... x_{i,n_j}

那么MIS estimator為:

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,同一個(gè)樣本x被不同的n中采樣技術(shù)估計(jì)后,權(quán)重之和為1
w_i(x) = \frac{n_ip_i(x)}{\sum_k n_k p_k(x)}, w_i(x)表示樣本xn種不同采樣方法估量之后,使用當(dāng)前采樣方法p_i(x)占所有情況的的一個(gè)比例。

對(duì)于每一種采樣技術(shù)得到的樣本,加權(quán)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})}):

  • 這一項(xiàng),實(shí)際上相當(dāng)于只有一個(gè)采樣技術(shù)時(shí)候的MC積分,只不過,對(duì)于每一項(xiàng)乘以了權(quán)重。
  • 再進(jìn)一步理解:相當(dāng)于,(只有一個(gè)采樣技術(shù)時(shí)候),對(duì)于每一個(gè)樣本,這個(gè)樣本被不同的采樣方法綜合考量(weighted)以后的結(jié)果

最后,因?yàn)樵跈?quán)重w_i(x)中已經(jīng)考慮了n中采樣技術(shù)的平均了,對(duì)于每一種采樣技術(shù),直接求和(\sum_{i=1}^{n}),

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