如何在双曲空间中采样点?

计算科学 计算几何 蒙特卡洛 几何学 随机抽样
2021-12-13 06:26:40

庞加莱上半空间模型中的双曲空间看起来很普通Rn但是角度和距离的概念以相对简单的方式扭曲了。在欧几里得空间中,我可以通过多种方式在球中均匀地采样一个随机点,例如通过生成n独立的高斯采样得到一个方向,分别采样一个径向坐标r通过均匀抽样s[0,1n+1Rn+1], 在哪里R是半径,设置r=((n+1)s)1n+1. 在双曲上半平面中,一个球体恰好仍然是一个球体,只是它的中心不会是欧几里得度量的中心,所以我们可以这样做。

如果我们想根据非均匀分布进行采样,但仍然采用各向同性的方式,例如高斯分布,这似乎并不容易。在欧几里得空间中,我们可以只为每个坐标生成一个高斯样本(这只适用于高斯分布),或者等效地生成一个多维高斯样本。有没有一种直接的方法可以将此样本转换为双曲空间中的样本?

另一种方法可以是首先生成一个方向均匀分布的方向(例如从nGaussian samples)然后对径向分量进行高斯采样,最后生成指定方向的指数图下指定长度的图像。一种变化是只取欧几里得高斯样本并将其映射到指数映射下。

我的问题:

  • 在双曲空间中获得具有给定均值和标准差的高斯样本是一种好的和有效的方法?
  • 我上面描述的方法是否提供了所需的采样?
  • 有人已经计算出公式了吗?
  • 这如何推广到其他指标和其他概率分布?

提前致谢。

编辑

我刚刚意识到,即使在统一抽样的情况下,这些问题仍然存在;即使球体是球体,均匀分布也不会由球上的常数函数来描述。

3个回答

我正在为自己做这件事。我认为最适合高斯的类比是双曲空间中的热核。幸运的是,这在之前就已经解决了:https ://www.math.uni-bielefeld.de/~grigor/nog.pdf (也可以在伦敦数学学会的公告中找到)。

如果您使用标准衰减 (edist2/constant),我预计总质量将大于 1,因为双曲空间的体积随半径呈指数增长。

为了在给定的球(或其他紧凑集)上均匀采样,可以使用体积形式进行拒绝采样:

(21||x||2)ndx1dxn

这是以原点为中心的半径为 3 的球的统一样本: 在此处输入图像描述

如果需要,我很乐意多说。我只是想我会提出这个,因为显然有人对此感兴趣,至少在过去是这样。

常数 pi 只是欧几里得空间中的常数。pi 的值在其他几何中是不同的。参数 pi 改变了高斯下的概率质量。参数 pi 用于归一化概率。我刚开始研究这个。

我前段时间得出结论,随着 sigma 数量的增加,空间从双曲线变为欧几里得变为球形。我很高兴通过参数 p 讨论每个空间中的圆和 pi 作为 Lp 空间的函数。

Accept-Reject (AR) 采样可能是这里的方法。AR 采样适用于n维空间就像在一维空间中所做的那样(例如,通过拉普拉斯/双指数从高斯采样)您定义一个包络函数,然后在包络下均匀采样。这里的包络函数需要是一个覆盖庞加莱空间的函数。包络线越接近实际空间,采样过程的效率就越高。不过这里的一个关键点是,为了从 Poincare 磁盘空间中采样,您需要实际定义空间上的概率度量。我不清楚庞加莱圆盘上的高斯度量是什么意思。