Перегляд вихідного коду сторінки Приблизне баєсове обчислення

{{Баєсова статистика}}
'''Прибли́зне ба́єсове обчи́слення''' ('''ПБО''', {{lang-en|Approximate Bayesian computation, ABC}}) складає клас {{Нп|Обчислювальна наука|обчислювальних методів||Computational science}}, що беруть свої корені з [[Баєсова статистика|баєсової статистики]]. В усіх методах [[Статистичне висновування|статистичного висновування]] на основі моделей центральне значення має [[функція правдоподібності]], оскільки вона виражає ймовірність спостережуваних даних згідно певної [[Статистична модель|статистичної моделі]], і таким чином кількісно оцінює дані, що підтримують певні значення параметрів та обирання серед різних моделей. Для простих моделей формулу функції правдоподібності зазвичай може бути виведено аналітично. Однак для складніших моделей аналітична формула може бути невиразною, або оцінка функції правдоподібності може бути дуже витратною обчислювально.

Методи ПБО уникають обчислення функції правдоподібності. Таким чином, методи ПБО розширюють сферу моделей, для яких може розглядатися статистичне висновування. Методи ПБО є математично обґрунтованими, але вони неминуче роблять припущення та наближення, що потребують ретельної оцінки. Крім того, ширша область застосування ПБО посилює проблеми [[Теорія оцінювання|оцінки параметрів]] та [[обирання моделі]].

Останніми роками ПБО швидко завоювало популярність, зокрема для аналізу складних задач, що виникають в [[Біологія|біологічних науках]], наприклад, в [[Популяційна генетика|популяційній генетиці]], [[Екологія|екології]], [[Епідеміологія|епідеміології]] та [[Системна біологія|системній біології]].

== Історія ==

Перші ідеї, пов'язані з ПБО, сходять до 1980-х років. {{Нп|Дональд Рубін|||Donald Rubin}} ({{lang-en|Donald Rubin}}), обговорюючи інтерпретацію баєсових викладів у 1984 році,<ref name="Rubin" /> описав гіпотетичний механізм вибірки, що дає вибірку з [[Апостеріорний розподіл|апостеріорного розподілу]]. Ця схема була більше концептуальним [[Уявний експеримент|уявним експериментом]] для демонстрації, якого типу маніпуляції здійснюються при отримуванні висновків про апостеріорні розподіли параметрів. Опис цього механізму вибірки в точності збігається зі [[#Алгоритм відхилення ПБО|схемою ПБО-відхилення]], і цю статтю можна розглядати як перший опис приблизного баєсового обчислення. Проте двоетапний {{Нп|шаховий порядок|||Quincunx}} було побудовано [[Френсіс Гальтон|Френсісом Гальтоном]] ({{lang-en|Francis Galton}}) у пізніх 1800-х, що можна побачити як фізичну реалізацію [[#Алгоритм відхилення ПБО|схеми ПБО-відхилення]] для одного невідомого (параметра) та одного спостереження&nbsp;— див. мал. 5 у [http://dx.doi.org/10.1111/j.1467-985X.2010.00643.x S. Stigler 2010]. Інше передбачення було зроблено Рубіним, коли він переконував, що прикладні статистики не повинні обмежуватися в баєсовому висновуванні лише тими моделями, що піддаються аналітичній обробці, а натомість розглядати обчислювальні методи, що дозволяють їм оцінювати потрібний апостеріорний розподіл. Таким чином може розглядатися ширший спектр моделей. Ці аргументи є особливо актуальними в контексті ПБО.

У 1984 році {{Нп|Пітер Дігл|||Peter Diggle}} ({{lang-en|Peter Diggle}}) та Річард Греттон ({{lang-en|Richard Gratton}})<ref name="Diggle" /> запропонували застосовувати схему систематичної симуляції для наближення функції правдоподібності, коли її аналітична форма є [[Непіддатливість (складність)|непіддатливою]]. Їхній метод ґрунтувався на визначенні ґратки в просторі параметрів та використанні її для наближення правдоподібності шляхом виконання декількох симуляцій для кожної з точок ґратки. Наближення потім покращувалося застосуванням згладжувальних прийомів до виходів цих симуляцій. І хоча ідея використання симуляцій для [[Перевірка статистичних гіпотез|перевірки гіпотез]] не була новою,<ref name="Bartlett63" /><ref name="Hoel71" /> Дігл та Греттон, очевидно, запропонували першу процедуру використання симуляції для здійснення статистичного висновування за умов, коли правдоподібність є непіддатливою.

Хоча підхід Дігла та Греттона й відкрив нові обрії, їхній метод не був повністю ідентичним тому, що тепер відоме як ПБО, оскільки його спрямовано на наближення правдоподібності, замість апостеріорного розподілу. Стаття {{Нп|Саймон Таваре|Саймона Таваре||Simon Tavaré}} ({{lang-en|Simon Tavaré}}) та ін.<ref name="Tavare" /> була першою, в якій було запропоновано алгоритм ПБО для апостеріорного висновування. В їхній новаторській праці розглядалося висновування стосовно генеалогії даних послідовностей [[ДНК]], зокрема задача визначення апостеріорного розподілу часу до [[Найближчий спільний предок|останнього спільного предка]] вибраних особин. Таке висновування є аналітично непіддатливим для багатьох демографічних моделей, але автори представили шляхи симуляції зрощених дерев згідно передбачуваних моделей. Вибірку з апостеріорного розподілу параметрів моделі було отримувано шляхом прийняття/відхилення припущень на підставі порівняння кількості відокремлених популяцій у синтетичних та реальних даних. За цією працею послідувало прикладне дослідження {{Нп|Джонатан Прічард|Джонатана Прічарда||Jonathan K. Pritchard}} ({{lang-en|Jonathan K. Pritchard}}) та ін.<ref name="Pritchard1999" /> моделювання варіацій в людській [[Y-хромосома|Y-хромосомі]] із застосуванням методу ПБО. Нарешті, термін «приблизне баєсове обчислення» започаткували Марк Бомон ({{lang-en|Mark Beaumont}}) та ін.,<ref name="Beaumont2002" /> додатково розширивши методологію ПБО, та конкретніше обговоривши придатність підходу ПБО для задач у популяційній генетиці. Відтоді ПБО набуло поширення в застосуваннях за межами популяційної генетики, таких як системна біологія, епідеміологія або {{Нп|філогеографія|||Phylogeography}}.

== Метод ==

=== Обґрунтування ===

Поширене втілення [[Теорема Баєса|теореми Баєса]] ставить у відповідність [[Умовна ймовірність|умовну ймовірність]] (або густину) певного значення параметра <math>\theta</math> при заданих даних
<math>D</math> до [[Імовірність|ймовірності]] <math>D</math> при заданому <math>\theta</math> за правилом:

: <math>p(\theta|D) = \frac{p(D|\theta)p(\theta)}{p(D)}</math>,

де <math>p(\theta|D)</math> позначає апостеріорне, <math>p(D|\theta)</math>&nbsp;— правдоподібність, <math>p(\theta)</math>&nbsp;— апріорне, а <math>p(D)</math>&nbsp;— свідчення (що також називають [[Відособлена правдоподібність|відособленою правдоподібністю]], або апріорною передбачуваною правдоподібністю даних).

Апріорне представляє переконання про <math>\theta</math> до того, як стало доступним <math>D</math>, і його часто вказують, обираючи певний розподіл з набору добре відомих та піддатливих сімейств розподілів, так, щоби як обчислення апріорних ймовірностей, так і випадкова генерація значень <math>\theta</math> були відносно безпосередніми. Для деяких різновидів моделей прагматичніше вказувати апріорне <math>p(\theta)</math>, застосовуючи розклад [[Спільний розподіл|спільного розподілу]] всіх елементів <math>\theta</math> в термінах послідовності їхніх [[Умовний розподіл|умовних розподілів]]. Якщо цікавлять лише відносні ймовірності різних значень <math>\theta</math>, то свідченням <math>p(D)</math> можна знехтувати, оскільки воно складає {{Нп|Нормувальна стала|нормувальну сталу||Normalizing constant}}, що скасовується для будь-якого відношення апостеріорних імовірностей. Залишається, однак, необхідність обрахунку правдоподібності <math>p(D|\theta)</math> та апріорного <math>p(\theta)</math>. Для численних застосувань обрахунок правдоподібності є [[Аналіз алгоритмів|обчислювально витратним]] або й зовсім непіддатливим,<ref name="Busetto2009a" /> що спонукає до застосування ПБО для обходу цієї проблеми.

== Алгоритм відхилення ПБО ==

Всі методи на основі ПБО наближують функцію правдоподібності шляхом симуляцій, виходи яких порівнюють зі спостережуваними даними.<ref name="Beaumont2010" /><ref name="Bertorelle" /><ref name="Csillery" /> Конкретніше, в алгоритмі відхилення ПБО, найбазовішій формі ПБО, спочатку вибирається набір точок параметрів з апріорного розподілу. Потім для заданої вибраної точки параметру <math>\hat{\theta}</math> симулюється набір даних <math>\hat{D}</math> згідно статистичної моделі <math>M</math>, визначеної параметрами <math>\theta</math>. Якщо ці згенеровані <math>\hat{D}</math> надто відрізняються від спостережуваних даних <math>D</math>, то вибране значення параметру відхиляється. У точніших термінах, <math>\hat{D}</math> приймається з допуском <math>\epsilon \ge 0</math>, якщо:

: <math>\rho (\hat{D},D)\le\epsilon</math>,

де міра відстані <math>\rho(\hat{D},D)</math> визначає рівень розбіжності між <math>\hat{D}</math> та <math>D</math> на основі заданої [[Метрика (математика)|метрики]] (наприклад, [[Евклідова відстань|евклідової відстані]]). Як правило, потрібен суворо додатній допуск, оскільки ймовірність того, що вихід симуляції точно збіжиться з даними (подія <math>\hat{D}=D</math>) є незначною для всіх застосувань ПБО, крім найпримітивніших, що на практиці вело би до відхилення майже всіх вибраних точок параметрів. Виходом алгоритму відхилення ПБО є вибірка значень параметрів, розподілена приблизно відповідно до бажаного апостеріорного розподілу, та, найголовніше, отримана без потреби явного обчислення функції правдоподібності ([[#Мал-1|мал. 1]]).

{{anchor|Мал-1}}[[Файл:Approximate Bayesian computation conceptual overview.svg|lang=uk|632px|thumb|center|Мал 1. Оцінка параметрів приблизним баєсовим обчисленням: концептуальний огляд]]

=== Зведена статистика ===

Ймовірність генерування набору даних <math>\hat{D}</math> з малою відстанню до <math>D</math> зазвичай зменшується з ростом розмірності даних. Це призводить до суттєвого зменшення обчислювальної ефективності наведеного вище базового алгоритму відхилення ПБО. Загальним підходом до зменшення цієї проблеми є заміна <math>D</math> набором [[Зведена статистика|зведеної статистики]] <math>S(D)</math> з меншою розмірністю, який обирається таким чином, щоби охопити доречну інформацію в <math>D</math>. Критерій прийнятності в алгоритмі відхилення ПБО стає таким:

: <math>\rho(S(\hat{D}),S(D))\le\epsilon</math>.

Якщо зведена статистика є [[Достатня статистика|достатньою]] по відношенню до параметрів моделі <math>\theta</math>, то отримуване таким чином підвищення ефективності не привносить жодних помилок.<ref name="Didelot" /> Дійсно, за визначенням, достатність означає, що всю інформацію в <math>D</math> про <math>\theta</math> охоплено в <math>S(D)</math>.

Як [[#Вибір та достатність зведеної статистики|деталізовано нижче]], ідентифікувати скінченномірний набір зведеної статистики за межами {{Нп|Експоненційне сімейство|експоненційного сімейства||Exponential family}} зазвичай неможливо. Тим не менш, у випадках, коли висновування здійснюється методами ПБО, часто застосовуються інформативні, але, можливо, не достатні зведені статистики.

== Приклад ==

{{anchor|Мал-2}}[[Файл:A dynamic bistable hidden Markov model.svg|lang=uk|326px|thumb|right|Малюнок 2. Динамічна бістабільна прихована марковська модель.]]

Ілюстративним прикладом є [[Бістабільність|бістабільна]] система, яку може бути охарактеризовано [[Прихована марковська модель|прихованою марковською моделлю (ПММ)]] в умовах зашумлених вимірювань ([[#Мал-2|Мал. 2]]). Такі моделі використовують для багатьох біологічних систем: наприклад, їх можуть застосовувати до еволюції, [[Сигнальні системи клітин|сигнальних систем клітин]], [[Активація|активації]]/деактивації, логічної обробки та [[Нерівноважна термодинаміка|нерівноважної термодинаміки]]. Наприклад, поведінка фактора транскрипції [[Сигнальний білок|сигнального білка]] ({{lang-en|Sonic hedgehog, Shh}}) у [[Дрозофіла чорночерева|чорночеревій дрозофілі]] може моделюватися за допомогою ПММ.<ref name="Lai" /> (Біологічна) динамічна модель складається з двох станів: A та B. Якщо ймовірність переходу з одного стану до іншого визначається як <math>\theta</math> в обох напрямках, то ймовірністю залишитися в тому ж стані на кожному такті є 1-<math>\theta</math>. Ймовірністю виміряти стан правильно є <math>\gamma</math> (і навпаки, ймовірністю неправильного вимірювання є 1-<math>\gamma</math>).

Через умовні залежності між станами в різні моменти часу обчислення правдоподібності даних [[Часовий ряд|часових рядів]] є дещо нудним, що ілюструє спонукання до застосування ПБО. Обчислювальною проблемою для базового ПБО є велика розмірність даних у застосуваннях на кшталт цього. Її може бути зменшено застосуванням зведеної статистики S, що є частотою перемикань між двома станами. Як метрика відстані <math>\rho(\cdot,\cdot)</math> застосовується абсолютна відстань у поєднанні з допуском <math>\epsilon=2</math>. Апостеріорне висновування стосовно параметра <math>\theta</math> може бути здійснено шляхом п'ятьох кроків, представлених на [[#Мал-1|мал. 1]]:

'''Крок 1:''' Припустімо, що спостережувані дані є послідовністю станів AAAABAABBAAAAAABAAAA, що було згенеровано з використанням <math>\theta=0.25</math> та <math>\gamma=0.8</math>. Пов'язаною зведеною статистикою, кількістю перемикань між станами, в експериментальних даних є <math>\omega_E=6</math>.

'''Крок 2:''' Виходячи з припущення, що про <math>\theta</math> не відомо нічого, застосовується рівномірний апріорний розподіл на проміжку <math>[0,1]</math>. Параметр <math>\gamma</math> вважається відомим та фіксованим у значенні, з яким генерувалися дані (<math>\gamma=0.8</math>), але в загальному випадку його може бути оцінено зі спостережень. З апріорного береться ''n'' точок параметрів, і модель симулюється для кожної з точок параметрів <math>\theta_i, i = 1,\ldots, n</math>, що дає в результаті <math>n</math> послідовностей симульованих даних. В цьому прикладі ''n''=5, а кожен взятий параметр та симульований запис набору даних містяться в [[#таблиця1|стовпчиках 2-3 таблиці 1]]. На практиці для отримання придатної інформації ''n'' повинно бути набагато більшим.

{| class="sortable wikitable" style="float: right; margin-left: 1em; text-align: center;" id="таблиця1"
|+ Таблиця 1: Приклад алгоритму відхилення ПБО
|-
! i
! <math>\theta_i</math>
! Симульовані <br/> набори даних (крок 2)
! Зведена статистика <br/> <math>\omega_{S,i}</math> (крок 3)
! Відстань <math>\rho(\omega_{S,i}, \omega_E)</math> <br/>(крок 4)
! Вихід <br/>(крок 4)
|-
| 1
| 0.08
| AABAAAABAABAAABAAAAA
| 8
| 2
| прийнято
|-
| 2
| 0.68
| AABBABABAAABBABABBAB
| 13
| 7
| відхилено
|-
| 3
| 0.87
| BBBABBABBBBABABBBBBA
| 9
| 3
| відхилено
|-
| 4
| 0.43
| AABAAAAABBABBBBBBBBA
| 6
| 0
| прийнято
|-
| 5
| 0.53
| ABBBBBAABBABBABAABBB
| 9
| 3
| відхилено
|}

'''Крок 3:''' Зведена статистика обчислюється для кожної послідовності симульованих даних, <math>\omega_{S,i}, i = 1,\ldots,n</math> ([[#таблиця1|стовпчик 4 таблиці 1]]).

'''Крок 4:''' Відстані між спостережуваними та симульованими послідовностями переходів <math>\rho(\omega_{S,i}, \omega_E) = |\omega_{S,i} - \omega_{E}|</math> обчислюються для всіх точок параметрів ([[#таблиця1|стовпчик 5 таблиці 1]]). Точки параметрів, для яких відстань є меншою або рівною <math>\epsilon</math>, приймаються як приблизні приклади з апостеріорного ([[#таблиця1|стовпчик 6 таблиці 1]]).

{{anchor|Мал-3}}[[Файл:Approximate Bayesian Computation example.svg|lang=uk|500px|thumb|right| Малюнок 3. Апостеріорне <math>\theta</math>, отримане з прикладу (червоне), у порівнянні зі справжнім апостеріорним розподілом (чорний) та симуляціями ПБО з великими ''n''. Використання недостатньої зведеної статистики <math>\omega</math> вносить відхилення, навіть за вимоги <math>\epsilon=0</math> (світло-зелений).]]

'''Крок 5:''' Апостеріорний розподіл наближується прийнятими точками параметрів. Апостеріорний розподіл повинен мати не-незначну ймовірність значень параметрів в області навколо істинного значення <math>\theta</math> в системі, якщо дані є достатньо інформативними. В цьому прикладі масу апостеріорної ймовірності рівномірно поділено між значеннями 0.08 та 0.43.

[[#Мал-3|Малюнок 3]] показує апостеріорні ймовірності, отримані за допомогою ПБО та великого ''n'' з використанням або зведеної статистики у поєднанні з (<math>\epsilon = 0 </math> та <math>\epsilon = 2 </math>), або повної послідовності даних. Вони порівнюються зі справжнім апостеріорним, що може бути обчислено точно та ефективно за допомогою [[Алгоритм Вітербі|алгоритму Вітербі]]. Використана зведена статистика не є достатньою, і це видно з того, що навіть при <math>\epsilon = 0 </math> відхилення від теоретичного апостеріорного є значним. Слід зазначити, що для отримання апостеріорного, що буде зосереджено навколо справжнього значення <math>\theta</math> (<math>\theta = 0.25</math>), знадобиться значно довша послідовність даних спостережень.

Цей приклад застосування ПБО використовує спрощення для ілюстративних цілей. Ряд оглядових статей пропонують посилання на реалістичніші застосування ПБО.<ref name="Beaumont2010" /><ref name="Bertorelle" /><ref name="Csillery" /><ref name="Marin11" />

== Порівняння моделей за допомогою ПБО ==

Крім оцінки параметрів, модель ПБО може застосовуватися для обчислення апостеріорних імовірностей різних моделей-кандидатів.<ref name="Wilkinson2007" /><ref name="Grelaud" /><ref name="Toni2010" /> У таких застосуваннях однією з можливостей є застосування відхилення-вибірки в ієрархічному порядку. Спершу з апріорного розподілу моделей береться модель; потім, для взятої моделі, параметри моделі вибираються з апріорного розподілу, що відповідає цій моделі. Нарешті, симуляція виконується так, як в одномодельному ПБО. Тепер відносні частоти прийняття для різних моделей наближують апостеріорний розподіл для цих моделей. Знову ж таки, пропонувалися обчислювальні вдосконалення ПБО у просторі моделей, такі як побудова {{Нп|Частинковий фільтр|частинкового фільтру||Particle filter}} в сукупному просторі моделей та параметрів.<ref name="Toni2010" />

Щойно оцінено апостеріорні ймовірності моделей, можна повною мірою скористатися методиками [[Баєсове порівняння моделей|баєсового порівняння моделей]]. Наприклад, для порівняння відносних імовірностей двох моделей <math>M_1</math> та <math>M_2</math> можна обчислювати їхнє апостеріорне відношення, що пов'язане з [[Коефіцієнт Баєса|коефіцієнтом Баєса]] <math>B_{1,2}</math>:

: <math>\frac{p(M_1 |D)}{p(M_2|D)}=\frac{p(D|M_1)}{p(D|M_2)}\frac{p(M_1)}{p(M_2)} = B_{1,2}\frac{p(M_1)}{p(M_2)}</math>.

Якщо апріорні моделей є однаковими (<math>p(M_1)=p(M_2)</math>), коефіцієнт Баєса дорівнює відношенню апостеріорних.

На практиці, [[#Коефіцієнт Баєса з ПБО та зведеною статистикою|як обговорюється нижче]], ці заходи можуть бути дуже чутливими до вибору параметрів апріорних розподілів та зведеної статистики, і, таким чином, висновки з порівняння моделей слід робити з обережністю.

== Пастки, та засоби подолання ==

{| class="sortable wikitable" style="float: right; margin-left: 1em;"  width="75%" id="таблиця2"
|+ Таблиця 2: Потенціальні ризики та пастки в статистичному висновуванні на основі ПБО

|-
! Джерело помилки
! Потенційна проблема
! Розв'язання
! Розділ
|-
| Ненульовий допуск ε
| Неточність вносить відхилення до обчислюваного апостеріорного розподілу.
| Теоретичні/практичні дослідження чутливості апостеріорного розподілу до допуску. Зашумлене ПБО.
| [[#Наближення апостеріорного]]
|-
| Не достатня зведена статистика
| Втрата інформації призводить до роздування ймовірних інтервалів.
| Автоматичний вибір&nbsp;/ напівавтоматична ідентифікація достатньої статистики. Перевірки достовірності моделі (напр., Темплтон, 2009<ref name="Templeton2009b" />).
| [[#Вибір та достатність зведеної статистикиВибір та достатність зведеної статистики]]
|-
| Мала кількість моделей&nbsp;/ Невірно вказані моделі
| Досліджувані моделі не є репрезентативними&nbsp;/ брак передбачувальної сили.
| Ретельний відбір моделей. Оцінка передбачувальної сили.
| [[#Мала кількість моделей]]
|-
| Апріорні та діапазони параметрів
| Висновки можуть бути чутливими до вибору апріорних. Вибір моделі може бути безглуздим.
| Перевіряти чутливість коефіцієнтів Баєса до вибору апріорних. Доступні деякі теоретичні результати стосовно вибору апріорних. Використовувати альтернативні методи перевірки достовірності моделей.
| [[#Апріорний розподіл та діапазони параметрів]]
|-
| Прокляття розмірності
| Низький темп прийняття параметрів. Помилки моделей неможливо відрізнити від недостатньої дослідженості простору параметрів. Ризик перенавчання.
| Методи зменшення моделей, якщо вони застосовні. Методи для прискорення дослідження параметрів. Контроль якості для виявлення перенавчання.
| [[#Прокляття розмірності]]
|-
| Ранжування моделей зі зведеною статистикою
| Розрахунок коефіцієнтів Баєса на зведеній статистиці може не відповідати коефіцієнтам Баєса на вихідних даних, що може призводити до видачі безглуздих результатів.
| Використовувати лише такі зведені статистики, що задовольняють необхідні та достатні вимоги для отримання несуперечливого баєсового вибору моделі. Застосовувати альтернативні методи перевірки достовірності моделі.
| [[#Коефіцієнт Баєса з ПБО та зведеною статистикою]]
|-
| Реалізація
| Низький захист загальних припущень у процесах симуляції та висновування.
| Перевірка працездатності за результатами. Стандартизація програмного забезпечення.
| [[#Обов'язкові перевірки якості]]
|}

Як і для всіх статистичних методів, для застосування методів на основі ПБО до реальних задач моделювання є обов'язково необхідним ряд припущень та наближень. Наприклад, встановлення [[#Алгоритм відхилення ПБО|параметра допуску <math>\epsilon </math>]] в нуль забезпечує точний результат, але зазвичай робить обчислення занадто витратним. Тому на практиці застосовуються значення <math>\epsilon</math> більше нуля, що вносить відхилення. Також, достатні зведені статистики зазвичай не є доступними, і натомість застосовуються інші зведені статистики, що привносить додаткове відхилення в силу втрати інформації. Додаткові джерела відхилення, наприклад, у контексті вибору моделі, можуть бути витонченішими.<ref name="Didelot" /><ref name="Robert" />

В той же час, деякі з критичних зауважень, спрямовані на методи ПБО, зокрема в галузі {{Нп|Філогеографія|філогеографії||Phylogeography}},<ref name="Templeton2009b" /><ref name="Templeton2008" /><ref name="Templeton2009a" /> стосуються не особливостей ПБО, а всіх баєсових методів, або навіть всіх статистичних методів (наприклад, вибір апріорного розподілу та діапазонів параметрів).<ref name="Beaumont2010" /><ref name="Berger" /> Тим не менш, через здатність методів ПБО мати справу із значно складнішими моделями, деякі з цих загальних пасток мають особливе значення в контексті аналізу ПБО.

В цьому розділі обговорюються ці потенційні ризики, та робиться огляд можливих шляхів їхнього подолання ([[#таблиця2|таблиця 2]]).

=== Наближення апостеріорного ===

Не-незначний <math>\epsilon</math> дається такою ціною, що вибірка робиться з <math>p(\theta|\rho(\hat{D},D)\le\epsilon)</math> замість справжнього апостеріорного <math>p(\theta|D)</math>. За достатньо малого допуску та чутливої метрики відстані, отримуваний в результаті розподіл <math>p(\theta|\rho(\hat{D},D)\le\epsilon)</math> повинен часто наближувати справжній цільовий розподіл <math>p(\theta|D)</math> достатньо добре. З іншого боку, настільки великий допуск, що кожна з точок простору параметрів стає прийнятою, видасть дублікат апріорного розподілу. Існують емпіричні дослідження різниці між <math>p(\theta|\rho(\hat{D},D)\le\epsilon)</math> та <math>p(\theta|D)</math> як функції від <math>\epsilon</math>,<ref name="Sisson" /> та теоретичні результати для верхньої межі помилки оцінок параметрів у залежності від <math>\epsilon</math>.<ref name="Dean" /> Також було досліджено точність апостеріорного (визначену як очікувані квадратичні втрати), що породжує ПБО, як функцію від <math>\epsilon</math>.<ref name="Fearnhead" /> Тим не менш, збіжність розподілів при наближенні <math>\epsilon</math> до нуля та її залежність від застосовуваної метрики відстані є важливою темою, що ще має бути досліджено докладніше. Зокрема, залишається складним відокремити помилки, внесені цим наближенням, від помилок через неправильне визначення моделі.<ref name="Beaumont2010" />

Як спроба виправлення деяких із помилок, спричинених ненульовим <math>\epsilon</math>, було запропоновано використання з ПБО локальної зваженої [[Лінійна регресія|лінійної регресії]], щоби зменшити розбіжність апостеріорних оцінок.<ref name="Beaumont2002" /> Цей метод призначає вагові коефіцієнти параметрам у відповідності до того, наскільки добре симульовані підсумки відповідають спостережуваним, і виконує лінійну регресію між підсумками та зваженими параметрами в околі спостережуваних підсумків. Отримувані коефіцієнти регресії використовуються для коригування параметрів, що обираються, в напрямку спостережуваних підсумків. Було запропоновано вдосконалення у вигляді нелінійної регресії із застосуванням штучної [[Нейронна мережа прямого поширення|нейронної мережі прямого поширення]].<ref name="Blum2010" /> Проте, було показано, що апостеріорні розподіли, отримані із застосуванням цих підходів, не завжди [[Конзистентна оцінка|конзистентні]] з апріорним розподілом, і відтак запропоновано переформулювання налаштувань регресії, яке бере до уваги апріорний розподіл.<ref name="Leuenberger2009" />

Нарешті, статистичне висновування із застосуванням ПБО з ненульовим допуском <math>\epsilon</math> не є властиво вадливим: за припущення наявності помилок вимірювання може бути фактично показано, що оптимальний <math>\epsilon</math> є не нульовим.<ref name="Fearnhead" /><ref name="Wilkinson" /> Дійсно, відхилення, спричинене ненульовим допуском, може бути характеризовано та компенсовано введенням певного виду шуму до зведеної статистики. Було встановлено асимптотичну конзистентність такого «зашумленого ПБО», а також формули асимптотичної дисперсії оцінок параметрів для фіксованого допуску.<ref name="Fearnhead" />

=== Вибір та достатність зведеної статистики ===

[[Зведена статистика]] може застосовуватися для збільшення темпу прийняття ПБО для даних високої розмірності. Для цієї мети оптимальною є [[Достатня статистика|достатня]] зведена статистика невисокої розмірності, оскільки вона охоплює всю доречну інформацію, що є в даних, у найпростішому вигляді з можливих.<ref name="Csillery" /> Однак, достатні статистики низької розмірності зазвичай є недосяжними для тих статистичних моделей, для яких висновування на основі ПБО є найдоречнішим, і тому для знаходження зведених статистик невеликої розмірності зазвичай потрібна певна [[евристика]]. Використання набору погано обраної зведеної статистики часто призводить до роздування [[Імовірний інтервал|ймовірних інтервалів]] з причини закладеної втрати інформації,<ref name="Csillery" /> що також може вносити відхилення й до розрізнення моделей. Існує огляд методів обрання зведених статистик,<ref name="Blum12" /> що може слугувати гарним керівництвом на практиці.

Одним з підходів для охоплення якомога більше наявної в даних інформації було би використання багатьох статистик, але виявляється, що точність та стабільність ПБО швидко знижуються зі збільшенням числа зведених статистик.<ref name="Beaumont2010" /><ref name="Csillery" /> Натомість кращою стратегією є фокусуватися лише на доречних статистиках&nbsp;— доречність відносно проблеми висновування в цілому, використовуваної моделі, та даних, що є в розпорядженні.<ref name="Nunes" />

Було запропоновано алгоритм ідентифікації репрезентативної підмножини зведених статистик шляхом оцінювання, чи привносить додаткова статистика значущу зміну до апостеріорного.<ref name="Joyce" /> Однією з проблем тут є те, що велика помилка наближення ПБО може сильно вплинути на висновки про корисність статистики на будь-якому кроці цієї процедури. Інший метод<ref name="Nunes" /> розкладається на два основних кроки. Спершу будується контрольне апостеріорне шляхом мінімізації [[Ентропія Гіббса|ентропії]]. Потім набори-кандидати статистик оцінюються шляхом порівняння наближених за допомогою ПБО апостеріорних із контрольним апостеріорним.

За обох цих стратегій підмножина статистик обирається з більшого набору статистик-кандидатів. Натомість, підхід {{Нп|Метод частинних найменших квадратів|частинних найменших квадратів||Partial least squares regression}} використовує інформацію з усіх статистик-кандидатів, кожної з відповідним ваговим коефіцієнтом.<ref name="Wegmann" /> Останнім часом значний інтерес привернув метод побудови зведених статистик напівавтоматичним способом.<ref name="Fearnhead" /> Цей метод засновано на спостереженні, що оптимальний вибір зведених статистик при мінімізації квадратичних втрат оцінок точок параметрів може бути отримано через апостеріорне середнє параметрів, яке наближується виконанням лінійної регресії на основі симульованих даних.

Істотне значення матимуть методи ідентифікації зведених статистик, що могли би також одночасно оцінювати вплив на наближення апостеріорного.<ref name="Marjoram" /> Причина в тому, що вибір зведених статистик та вибір допуску складають два джерела помилки в отримуваному в результаті апостеріорному розподілі. Ці помилки можуть спотворювати ранжування моделей, а також можуть призводити до неточних передбачень моделей. Дійсно, жоден із наведених вище методів не оцінює вибір зведених статистик з метою вибору моделі.

=== Коефіцієнт Баєса з ПБО та зведеною статистикою ===

Було показано, що поєднання не достатньої зведеної статистики та ПБО може бути проблематичним для вибору моделі.<ref name="Didelot" /><ref name="Robert" /> Справді, якщо позначити [[коефіцієнт Баєса]] на основі зведеної статистики <math>S(D)</math> як <math>B_{1,2}^s</math>, то співвідношення між <math>B_{1,2}</math> та <math>B_{1,2}^s</math> набуває такого вигляду:<ref name="Didelot" />

: <math>B_{1,2}=\frac{p(D|M_1)}{p(D|M_2)}=\frac{p(D|S(D),M_1)}{p(D|S(D),M_2)} \frac{p(S(D)|M_1)}{p(S(D)|M_2)}=\frac{p(D|S(D),M_1)}{p(D|S(D),M_2)} B_{1,2}^s</math>.

Отже, зведена статистика <math>S(D)</math> є достатньою для порівняння двох моделей <math>M_1</math> та <math>M_2</math> якщо і лише якщо

: <math>p(D|S(D),M_1)=p(D|S(D),M_2)</math>, 

що дає в результаті <math>B_{1,2}=B_{1,2}^s</math>. З наведеного вище рівняння також ясно, що може існувати величезна різниця між <math>B_{1,2}</math> та <math>B_{1,2}^s</math>, якщо ця умова не задовольняється, що може бути показано на іграшкових прикладах.<ref name="Didelot" /><ref name="Grelaud" /><ref name="Robert" /> Врешті-решт було показано, що достатність для <math>M_1</math> або <math>M_2</math> по одному, або для обох моделей, не гарантує достатності для ранжування моделей.<ref name="Didelot" /> Проте, також було показано, що будь-яка [[Достатня статистика|достатня зведена статистика]] для моделі <math>M</math>, в якій обидві моделі <math>M_1</math> та <math>M_2</math> є {{Нп|Багаторівнева модель|вкладеними||Multilevel model}}, є чинною для ранжування {{Нп|Багаторівнева модель|вкладених моделей||Multilevel model}}.<ref name="Didelot" />

Обчислення коефіцієнтів Баєса на <math>S(D)</math> може відтак бути оманливим для цілей вибору моделі, якщо відношення між коефіцієнтами Баєса на <math>D</math> та <math>S(D)</math> не буде відомим, або хоча б не буде достатньо добре наближуваним. Крім того, нещодавно було отримано необхідні та достатні умови на зведену статистику для стійкого баєсового вибору моделі,<ref name="Marin" /> що можуть слугувати корисним керівництвом.

Тим не менш, це питання має відношення лише до такого вибору моделі, коли розмірність даних було зменшено. Висновування на основі ПБО, в якому порівнюються безпосередньо справжні набори даних, як у деяких застосуваннях в системній біології (наприклад, див.<ref name="Toni" />), уникає цієї проблеми.

=== Обов'язкові перевірки якості ===

Як стає зрозумілим із попереднього обговорення, будь-який ПБО-аналіз вимагає здійснення вибору та компромісів, що можуть мати значний вплив на його результати. А саме, вибір альтернативних моделей/гіпотез, кількості симуляцій, вибір зведеної статистики або порогового допуску наразі не можуть ґрунтуватися на загальних правилах; вплив цього вибору має оцінюватись і перевірятись у кожному дослідженні.<ref name="Bertorelle" />

Було запропоновано ряд [[Евристичний алгоритм|евристичних підходів]] до контролю якості ПБО, таких як кількісне вираження частки дисперсії параметру, що пояснюється зведеною статистикою.<ref name="Bertorelle" /> Звичайний клас методів націлено на визначення того, чи видає висновування вірні результати, не залежно від фактично спостережуваних даних. Наприклад, для заданого набору значень параметру, що зазвичай вибирається з апріорного або апостеріорного розподілів моделі, можна згенерувати велику кількість штучних наборів даних. Таким чином, якість та надійність висновування ПБО може бути оцінено в контрольованих умовах, шляхом здійснення замірів, наскільки добре обране висновування ПБО виявляє справжні значення параметру, а також моделює, чи декілька структурно відмінних моделей розглядаються одночасно.

Інший клас методів визначає, чи було висновування успішним у світлі заданих спостережуваних даних, наприклад, шляхом порівняння {{Нп|Апостеріорний передбачуваний розподіл|апостеріорного передбачуваного розподілу||Posterior predictive distribution}} зведеної статистики зі спостережуваною зведеною статистикою.<ref name="Bertorelle" /> Крім того, перспективні майбутні стратегії оцінки стабільності висновувань ПБО та їхньої передбачувальної достовірності за межами вибірки представляють методики [[Перехресне затверджування|перехресного затверджування]]<ref name="Arlot" /> та {{Нп|Передбачувальна аналітика|передбачувальної перевірки||Predictive analytics}}.<ref name="Dawid" /><ref name="Vehtari" /> Це особливо важливо при моделюванні великих масивів даних, оскільки в такому випадку апостеріорна підтримка певної моделі може видаватися надзвичайно переконливою, хоча всі запропоновані моделі фактично є поганим представленням стохастичної системи, що стоїть за спостережуваними даними. Передбачувальні перевірки за межами вибірки можуть виявляти потенційні систематичні відхилення в межах моделі й пропонувати ключ до того, як вдосконалити її структуру або параметризацію.

Цікаво, що нещодавно було запропоновано принципово нові підходи для вибору моделі, що включають контроль якості як невід'ємний крок процесу. ПБО за своєю будовою дозволяє оцінювати розбіжності між спостережуваними даними та передбаченнями моделі по відношенню до вичерпного набору статистик. Ці статистики не обов'язково є такими ж, як ті, що застосовуються в критерії прийняття. Отримувані розподіли розбіжностей застосовувались для вибору моделей, що узгоджуються з багатьма аспектами даних одночасно,<ref name="Ratmann" /> і суперечність моделі виявляється з конфліктних та співзалежних зведених статистик. Інший метод вибору моделі на основі контролю якості залучає ПБО для наближення ефективної кількості параметрів моделі та відхилень передбачуваних апостеріорних розподілів зведених статистик та параметрів.<ref name="Francois" /> Потім застосовується {{Нп|інформаційний критерій відхилення|||Deviance information criterion}} як міра придатності моделі. Також було показано, що моделі, яким віддано перевагу за цим критерієм, можуть конфліктувати з тими, які підтримуються [[Коефіцієнт Баєса|коефіцієнтами Баєса]]. З цієї причини корисно комбінувати різні методи вибору моделей для отримання правильних висновків.

Перевірки якості є досяжними, й дійсно виконуються в багатьох працях, що ґрунтуються на ПБО, але для деяких задач оцінка впливу пов'язаних із методом параметрів може бути складним завданням. Тим не менш, можна очікувати, що використання ПБО, яке швидко зростає, забезпечить глибше розуміння обмежень та застосовності цього методу.

=== Загальні ризики статистичного висновування, що загострюються в ПБО ===

В цьому розділі зроблено огляд ризиків, що, суворо кажучи, не є характерними саме для ПБО, а стосуються так само й інших статистичних методів. Проте гнучкість, яку пропонує ПБО для аналізу дуже складних моделей, робить їхнє обговорення тут дуже доречним.

==== Апріорний розподіл та діапазони параметрів ====

Специфікація діапазонів та апріорного розподілу параметрів сильно виграє від попередніх знань про властивості системи. Одним із критичних зауважень було те, що в деяких дослідженнях «діапазони та розподіли параметрів всього лише вгадуються на підставі суб'єктивної думки дослідників»,<ref name="Templeton2010" /> що пов'язано із класичними запереченнями баєсових підходів.<ref name="Beaumont2010b" />

За будь-якого обчислювального методу зазвичай необхідно обмежити досліджувані діапазони параметрів. Ці діапазони параметрів повинні за можливості визначатися на підставі відомих властивостей досліджуваної системи, але для практичних застосувань можуть робити необхідним освічене припущення. Тим не менш, доступні теоретичні результати стосовно [[Неінформативний апріорний розподіл|об'єктивних апріорних]], що можуть наприклад ґрунтуватися на {{Нп|Принцип нейтральності|принципі нейтральності||Principle of indifference}} або {{Нп|Принцип максимальної ентропії|принципі максимальної ентропії||Principle of maximum entropy}}.<ref name="Jaynes" /><ref name="Berger2006" /> З іншого боку, автоматизовані або напівавтоматизовані методи вибору апріорного розподілу часто видають [[Некоректний апріорний розподіл|некоректні густини]]. Оскільки більшість процедур ПБО вимагають генерування вибірок з апріорного, некоректні апріорні не є безпосередньо застосовними в ПБО.

При виборі апріорного розподілу слід також мати на увазі мету аналізу. В принципі, неінформативні та пласкі апріорні, що підкреслюють наше суб'єктивне незнання про параметри, все ж таки можуть видавати прийнятні оцінки параметрів. Проте коефіцієнти Баєса є дуже чутливими до апріорного розподілу параметрів. Висновки про вибір моделі на підставі коефіцієнтів Баєса можуть виявитися оманливими, якщо не обміркувати ретельно чутливість висновків до вибору апріорних.

==== Мала кількість моделей ====

Методи на основі моделей піддавалися критиці через не вичерпне покриття простору гіпотез.<ref name="Templeton2009a" /> Дійсно, дослідження на основі моделей обертаються навколо невеликої кількості моделей, і з причини високих обчислювальних витрат на оцінку однієї моделі в деяких випадках може бути складно покрити велику частину простору гіпотез.

Верхня межа кількості моделей-кандидатів, що розглядаються, зазвичай встановлюється значними зусиллями, необхідними для визначення моделей та для вибору між багатьма альтернативними варіантами.<ref name="Bertorelle" /> Не існує загальноприйнятої процедури побудови моделі саме для ПБО, тому натомість застосовуються досвід та попередні знання.<ref name="Csillery" /> Хоч надійніша процедура для апріорного вибору моделі та формулювання й була би корисною, універсальної стратегії розробки моделі в статистиці не існує: чутливі характеристики складних систем завжди робитимуть необхідною велику кількість детективної праці та використання експертних знань з предметної області.

Деякі опоненти ПБО стверджують, що оскільки реалістично можуть розглядатися лише декілька моделей, суб'єктивно вибрані та ймовірно всі неправильні, то аналіз ПБО пропонує лише обмежене розуміння.<ref name="Templeton2009a" /> Проте існує важлива відмінність між ідентифікацією правдоподібної нульової гіпотези, та оцінкою відносної придатності альтернативних гіпотез.<ref name="Beaumont2010" /> Оскільки в контексті складних моделей вкрай рідко може бути висунуто корисні нульові гіпотези, що є потенційно справедливими, то передбачувальна здатність статистичних моделей як пояснення складних явищ є набагато важливішою за перевірку статистичних нульових гіпотез у цьому контексті. Також для отримування висновків про особливості моделі (наприклад, значень параметрів) та здійснення передбачень є звичним робити усереднення досліджуваних моделей, зважених на підставі їхньої відносної правдоподібності.

==== Великі набори даних ====

Великі набори даних можуть утворювати обчислювальне вузьке місце для методів на основі моделей. Було, наприклад, вказано, що в деяких аналізах на основі ПБО частину даних має бути опущено.<ref name="Templeton2009a" /> Ряд авторів стверджують, що великі набори даних не становлять практичного обмеження,<ref name="Bertorelle" /><ref name="Beaumont2010b" /> хоча суворість цієї проблеми сильно залежить від характеристик моделей. Деякі аспекти задачі моделювання, такі як розмір вибірки, кількість спостережуваних змінних або властивостей, часова або просторова роздільна здатність тощо, можуть сприяти обчислювальній складності. Проте зі збільшенням обчислювальних потужностей ця проблема потенційно ставатиме менш важливою.

Замість вибирання параметрів для кожної симуляції з апріорного, як альтернативу було запропоновано поєднувати з ПБО [[алгоритм Метрополіса — Гастінгса]], що, як було повідомлено, дає вищий темп прийняття, ніж чисте ПБО.<ref name="Marjoram" /> Природно, такий підхід успадковує загальні обтяження [[Методи МКМЛ|методів МКМЛ]], такі як складність оцінювання збіжності, кореляцію серед вибірок з апостеріорного<ref name="Sisson" /> та відносно слабку розпаралелюваність.<ref name="Bertorelle" />

Так само для середовища ПБО було адаптовано {{Нп|Послідовний метод Монте-Карло|послідовний||Particle filter}} ({{lang-en|sequential Monte Carlo, SMC}}) та сукупнісний ({{lang-en|population Monte Carlo, PMC}}) методи Монте-Карло.<ref name="Sisson" /><ref name="Beaumont2009" /> Загальна ідея полягає в ітеративному підході до апостеріорного з апріорного через послідовність цільових розподілів. Перевагою таких методів у порівнянні з ПБО-МКМЛ є те, що вибірки з отримуваного в результаті апостеріорного є незалежними. На додачу, послідовні методи не вимагають вказання рівнів допуску до початку аналізу, вони регулюються адаптивно.<ref name="DelMoral" />

Розпаралелювання ряду кроків алгоритмів ПБО на основі відхилювальної вибірки та {{Нп|Послідовний метод Монте-Карло|послідовних методів Монте-Карло||Particle filter}} є відносно простим. Також було продемонстровано, що паралельні алгоритми можуть привносити суттєве прискорення до висновування на основі МКМЛ у філогенетиці,<ref name="Feng" /> і вони можуть бути придатним підходом також і для методів на основі ПБО. Крім того, адекватна модель складної системи, швидше за все, вимагатиме інтенсивних обчислень не залежно від обраного методу висновування, і це користувачеві обирати метод, що буде придатним для певного застосування, що розглядається.

==== Прокляття розмірності ====

Для отримання прийнятного рівня точності висновування апостеріорного набори даних високої розмірності та простори параметрів високої розмірності можуть вимагати симуляції в дослідженні на основі ПБО надзвичайно великої кількості точок параметрів. В таких ситуаціях обчислювальні витрати сильно зростають, і здатні в найгіршому випадку зробити обчислювальний аналіз [[Непіддатливість (складність)|непіддатливим]]. Вони є прикладами добре відомих явищ, що позначають узагальнювальним терміном [[Прокляття розмірності|«прокляття розмірності»]].<ref name="Bellman" />

Для оцінки того, наскільки серйозно розмірність даних впливає на аналіз у контексті ПБО, було виведено аналітичні формули помилки оцінювачів ПБО як функції від розмірності зведеної статистики.<ref name="Blum10" /><ref name="Fearnhead12" /> Крім того, Блум ({{lang-en|Blum}}) та Франсуа ({{lang-en|François}}) дослідили, як розмірність зведеної статистики пов'язана із середньоквадратичною помилкою для різних коригувань помилки оцінювачів ПБО. Було також відзначено, що методики зменшення розмірності є корисними для уникання прокляття розмірності через те, що базова структура зведеної статистики потенційно має меншу розмірність.<ref name="Blum10" /> Керуючись мінімізацією квадратичних втрат оцінювачів ПБО, Фіернхед ({{lang-en|Fearnhead}}) та Пренгл ({{lang-en|Prangle}}) запропонували схему проектування даних (можливо, великої розмірності) на оцінки апостеріорних середніх значень параметрів; цей засіб, що тепер має ту ж розмірність, що й параметри, потім використовується як зведена статистика для ПБО.<ref name="Fearnhead12" />

ПБО може застосовуватися для задач висновування в параметричних просторах високої розмірності, хоча слід брати до уваги можливість [[перенавчання]] (наприклад, див. методи вибору моделі в<ref name="Ratmann" /> та<ref name="Francois" />). Тим не менш, імовірність прийняття симульованих значень параметрів за заданого допуску в алгоритмі відхилення ПБО, як правило, зменшується експоненційно зі збільшенням розмірності простору параметрів (через глобальний критерій прийняття).<ref name="Csillery" /> Хоча жоден обчислювальний метод (чи то на основі ПБО, чи ні) не видається здатним до подолання прокляття розмірності, нещодавно було розроблено методи, щоби впоруватися з просторами параметрів високої розмірності за певних припущень (наприклад, на основі поліноміального наближення [[Розріджений масив|розріджених ґраток]],<ref name="Gerstner" /> що потенційно може сильно зменшувати час симуляції для ПБО). Тим не менше, застосовність цих методів залежить від задачі, і недооцінювати складність дослідження простору параметрів у загальному випадку не можна. Наприклад, введення детерміністського глобального оцінювання параметрів призвело до повідомлень, що глобальні оптимуми, отримані в декількох попередніх дослідженнях задач низької розмірності, були неправильними.<ref name="Singer" /> Тому для деяких задач може бути складно зрозуміти, чи є неправильною модель, [[#Мала кількість моделей|як обговорювалося вище]], чи досліджена область простору параметрів є невідповідною.<ref name="Templeton2009a" /> Прагматичнішим підходом може бути скорочення масштабів задачі шляхом скорочення моделі.<ref name="Csillery" />

== Програмне забезпечення ==

В даний час доступний ряд програмних пакетів для застосування ПБО до певних класів статистичних моделей. В [[#таблиця3|таблиці 3]] представлено добірку програмного забезпечення на основі ПБО.

{| class="sortable wikitable" style="float: right; margin-left: 1em; text-align: center;" id="таблиця3"
|+ Таблиця 3: Програмне забезпечення, що включає ПБО
|-
! Програма
! Ключові слова та властивості
! Посилання
|-
| [http://www1.montpellier.inra.fr/CBGP/diyabc/ DIY-ABC]
| Програма для підгонки генетичних даних до складних ситуацій. Порівняння моделей-конкурентів. Оцінювання параметрів. Обчислення мір відхилення та точності для заданої моделі та відомих значень параметрів.
|<ref name="Cornuet08" />
|-
| [https://cran.r-project.org/web/packages/abc abc<br/> R package]
| Декілька алгоритмів ПБО для виконання оцінки параметрів та вибору моделі. Методи нелінійної [[Гетероскедастичність|гетероскедастичної]] регресії для ПБО. Інструмент перехресної перевірки.
|<ref name="Csillery12" /><ref>{{cite web |url= https://cran.r-project.org/web/packages/abc/vignettes/abcvignette.pdf |title=Approximate Bayesian Computation (ABC) in R: A Vignette |last1=Csillery |first1=K |last2=Francois |first2=O |last3=Blum |first3=MGB |date=2012-02-21| accessdate=10 May 2013}}</ref>
|-
| [https://cran.r-project.org/web/packages/EasyABC/index.html EasyABC<br/> R package]
| Декілька алгоритмів для виконання ефективних схем вибірки ПБО, включно з 4 послідовними схемами вибірки та 3 схемами МКМЛ.
|<ref>{{cite web |url= http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/2041-210X.12050/abstract |title=EasyABC: performing efficient approximate Bayesian computation sampling schemes using R. Methods in Ecology and Evolution, 4: 684–687|last1=Jabot |first1=F |last2=Faure |first2=T |last3=Dumoulin |first3=N }}</ref><ref>{{cite web |url=https://cran.r-project.org/web/packages/EasyABC/vignettes/EasyABC.pdf |title=EasyABC: a vignette |last1=Jabot |first1=F |last2=Faure |first2=T |last3=Dumoulin |first3=N |date=2013-06-03 |accessdate=2016-08-03 |archive-date=2016-08-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160818132912/https://cran.r-project.org/web/packages/EasyABC/vignettes/EasyABC.pdf }}</ref>
|-
| [http://www.theosysbio.bio.ic.ac.uk/resources/abc-sysbio ABC-SysBio]
| Пакет [[Python]]. Отримування висновків про параметри та обирання моделі для динамічних систем. Поєднує вибірку ПБО з відхиленням, {{Нп|Послідовний метод Монте-Карло|ПМК||Sequential Monte Carlo method}} ПБО для отримування висновків про параметри та ПМК ПБО для вибору моделі. Сумісний з моделями, написаним мовою {{Нп|SBML|Systems Biology Markup Language||SBML}} (SBML). [[Детермінована модель|Детерміновані]] та стохастичні моделі.
|<ref name="Liepe10" />
|-
| [https://archive.today/20130219204330/http://www.cmpg.iee.unibe.ch/content/softwares__services/computer_programs/abctoolbox ABCtoolbox]
| Відкрита програма з багатьма алгоритмами ПБО, включно з вибіркою з відхиленням, МКМЛ без правдоподібності, вибіркою на базі частинок та [[Загальна лінійна модель|ЗЛМ]]-ПБО. Сумісність з багатьма програмами симуляції та обчислення зведених статистик.
|<ref name="Wegmann2010" />
|-
| [http://msbayes.sourceforge.net/ msBayes]
| Відкритий програмний пакет, що складається з кількох програм [[C (мова програмування)|C]] та [[R (мова програмування)|R]], що запускаються інтерфейсною програмою [[Perl]]. Ієрархічні зрощені моделі. Дані популяційної генетики з кількох співрозповсюджених видів.
|<ref name="Hickerson07" />
|-
| [https://code.google.com/p/popabc/ PopABC]
| Програмний пакет для отримування висновків про схему демографічної розбіжності. Зрощена симуляція. Баєсове обирання моделі.
|<ref name="Lopes09" />
|-
| [http://genomics.jun.alaska.edu ONeSAMP]
| Вебпрограма для оцінки ефективного розміру популяції з вибірки [[Мікросателіти|мікросателітних]] генотипів. Оцінки ефективного розміру популяції, разом з 95-відсотковими [[Імовірний інтервал|ймовірними інтервалами]].
|<ref name="Tallmon08" />
|-
| [https://web.archive.org/web/20100429043632/http://www.etoology.net/index.php/software/genetics/112-abc4f.html ABC4F]
| Програмне забезпечення для оцінки {{Нп|F-статистика|F-статистики||F-statistics}} для домінантних даних.
|<ref name="Foll08" />
|-
| [https://web.archive.org/web/20130425104634/http://compbio.igc.gulbenkian.pt/pcg/pcg_software.html#2BAD 2BAD]
| 2-подійна баєсова {{Нп|Генетична домішка|домішка||Genetic admixture}} (Bayesian ADmixture). Програмне забезпечення, що підтримує до двох незалежних подій домішки й до трьох батьківських популяцій. Оцінка декількох параметрів (домішка, ефективні розміри тощо). Порівняння пар домішкових моделей.
|<ref name="Bray10" />
|}

Придатність окремих програмних пакетів залежить від конкретних програм, що є в розпорядженні, комп'ютерного середовища, та потрібних алгоритмів.

== Див. також ==

* [[Методи Монте-Карло марковських ланцюгів]]
* {{Нп|Послідовний метод Монте-Карло|||Sequential Monte Carlo method}}
* {{Нп|Емпіричний баєсів метод|||Empirical Bayes}}

== Примітки ==
{{PLoS Computational Biology|doi=10.1371/journal.pcbi.1002803}}

{{reflist|3|refs=
<ref name="Beaumont2010">Beaumont MA (2010) Approximate Bayesian Computation in Evolution and Ecology. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics 41: 379-406. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Bertorelle">Bertorelle G, Benazzo A, Mona S (2010) ABC as a flexible framework to estimate demography over space and time: some cons, many pros. Molecular Ecology 19: 2609—2625. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Csillery">Csilléry K, Blum MGB, Gaggiotti OE, François O (2010) Approximate Bayesian Computation (ABC) in practice. Trends in Ecology & Evolution 25: 410—418. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Rubin">Rubin DB (1984) Bayesianly Justifiable and Relevant Frequency Calculations for the Applies Statistician. The Annals of Statistics 12: pp. 1151—1172. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Marjoram">Marjoram P, Molitor J, Plagnol V, Tavare S (2003) Markov chain Monte Carlo without likelihoods. Proc Natl Acad Sci U S A 100: 15324-15328. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Sisson">Sisson SA, Fan Y, Tanaka MM (2007) Sequential Monte Carlo without likelihoods. Proc Natl Acad Sci U S A 104: 1760—1765.</ref>
<ref name="Wegmann">Wegmann D, Leuenberger C, Excoffier L (2009) Efficient approximate Bayesian computation coupled with Markov chain Monte Carlo without likelihood. Genetics 182: 1207—1218. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Templeton2008">Templeton AR (2008) Nested clade analysis: an extensively validated method for strong phylogeographic inference. Molecular Ecology 17: 1877—1880. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Templeton2009a">Templeton AR (2009) Statistical hypothesis testing in intraspecific phylogeography: nested clade phylogeographical analysis vs. approximate Bayesian computation. Molecular Ecology 18: 319—331. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Templeton2009b">{{Нп|Алан Тепмлтон|Templeton AR||Alan Templeton}} (2009) Why does a method that fails continue to be used? The answer. Evolution 63: 807—812. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Berger">Berger JO, Fienberg SE, Raftery AE, Robert CP (2010) Incoherent phylogeographic inference. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107: E157-E157. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Didelot">Didelot X, Everitt RG, Johansen AM, Lawson DJ (2011) Likelihood-free estimation of model evidence. Bayesian Analysis 6: 49-76. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Robert">Robert CP, Cornuet J-M, Marin J-M, Pillai NS (2011) Lack of confidence in approximate Bayesian computation model choice. Proc Natl Acad Sci U S A 108: 15112-15117. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Busetto2009a">Busetto A.G., Buhmann J. Stable Bayesian Parameter Estimation for Biological Dynamical Systems.; 2009. IEEE Computer Society Press pp. 148—157. {{ref-en}}</ref>
<!--<ref name="Busetto2009b">Busetto A, Ong C, Buhmann J. Optimized Expected Information Gain for Nonlinear Dynamical Systems. Int. Conf. Proc. Series; 2009. Association for Computing Machinery (ACM) pp. 97-104. {{ref-en}}</ref>-->
<!--<ref name="Jeffreys">Jeffreys H (1961) Theory of probability: Clarendon Press, Oxford. {{ref-en}}</ref>-->
<!--<ref name="Kass">Kass R, Raftery AE (1995) Bayes factors. Journal of the American Statistical Association 90: 773—795. {{ref-en}}</ref>-->
<!--<ref name="Vyshemirsky">Vyshemirsky V, Girolami MA (2008) Bayesian ranking of biochemical system models. Bioinformatics 24: 833—839. {{ref-en}}</ref>-->
<ref name="Arlot">Arlot S, Celisse A (2010) A survey of cross-validation procedures for model selection. Statistical surveys 4: 40-79. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Dawid">Dawid A Present position and potential developments: Some personal views: Statistical theory: The prequential approach. Journal of the Royal Statistical Society, Series A 1984: 278—292. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Vehtari">Vehtari A, Lampinen J (2002) Bayesian model assessment and comparison using cross-validation predictive densities. Neural Computation 14: 2439—2468. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Ratmann">Ratmann O, Andrieu C, Wiuf C, Richardson S (2009) Model criticism based on likelihood-free inference, with an application to protein network evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106: 10576-10581. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Francois">Francois O, Laval G (2011) [http://arxiv.org/pdf/1105.0269.pdf Deviance Information Criteria for Model Selection in Approximate Bayesian Computation.] Stat Appl Genet Mol Biol 10: Article 33. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Beaumont2009">Beaumont MA, Cornuet J-M, Marin J-M, Robert CP (2009) Adaptive approximate Bayesian computation. Biometrika 96: 983—990. {{ref-en}}</ref>
<ref name="DelMoral">Del Moral P, Doucet A, Jasra A (2011 (in press)) An adaptive sequential Monte Carlo method for approximate Bayesian computation. Statistics and computing. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Beaumont2002">Beaumont MA, Zhang W, Balding DJ (2002) Approximate Bayesian Computation in Population Genetics. Genetics 162: 2025—2035. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Blum2010">Blum M, Francois O (2010) Non-linear regression models for approximate Bayesian computation. Stat Comp 20: 63-73. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Leuenberger2009">Leuenberger C, Wegmann D (2009) [http://www.genetics.org/content/184/1/243.full.pdf Bayesian Computation and Model Selection Without Likelihoods.] Genetics 184: 243—252. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Beaumont2010b">Beaumont MA, Nielsen R, Robert C, Hey J, Gaggiotti O, ''et al.'' (2010) In defence of model-based inference in phylogeography. Molecular Ecology 19: 436—446. {{ref-en}}</ref>
<!--<ref name="Csillery2010">Csilléry K, Blum MGB, Gaggiotti OE, Francois O (2010) Invalid arguments against ABC: Reply to AR Templeton. Trends in Ecology & Evolution 25: 490—491. {{ref-en}}</ref> -->
<ref name="Templeton2010">Templeton AR (2010) Coherent and incoherent inference in phylogeography and human evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107: 6376-6381. {{ref-en}}</ref>
<!--<ref name="Fagundes">Fagundes NJR, Ray N, Beaumont M, Neuenschwander S, Salzano FM, ''et al.'' (2007) Statistical evaluation of alternative models of human evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104: 17614-17619. {{ref-en}}</ref>-->
<!--<ref name="Gelfand">Gelfand AE, Dey DK (1994) Bayesian model choice: Asymptotics and exact calculations. J R Statist Soc B 56: 501—514. {{ref-en}}</ref> -->
<!--<ref name="Bernardo">Bernardo JM, Smith AFM (1994) Bayesian Theory: John Wiley. {{ref-en}}</ref> -->
<!--<ref name="Box">Box G, Draper NR (1987) Empirical Model-Building and Response Surfaces: John Wiley and Sons, Oxford. {{ref-en}}</ref> -->
<!--<ref name="Excoffier">Excoffier L, Foll M (2011) fastsimcoal: a continuous-time coalescent simulator of genomic diversity under arbitrarily complex evolutionary scenarios. Bioinformatics 27: 1332—1334. {{ref-en}}</ref> -->
<ref name="Wegmann2010">Wegmann D, Leuenberger C, Neuenschwander S, Excoffier L (2010) ABCtoolbox: a versatile toolkit for approximate Bayesian computations. BMC Bioinformatics 11: 116. {{ref-en}}</ref>
<!--<ref name="Cornuet">Cornuet J-M, Santos F, Beaumont MA, Robert CP, Marin J-M, ''et al.'' (2008) Inferring population history with DIY ABC: a user-friendly approach to approximate Bayesian computation. Bioinformatics 24: 2713—2719. {{ref-en}}</ref> -->
<!--<ref name="Templeton2010b">Templeton AR (2010) Coalescent-based, maximum likelihood inference in phylogeography. Molecular Ecology 19: 431—435. {{ref-en}}</ref> -->
<ref name="Jaynes">Jaynes ET (1968) Prior Probabilities. IEEE Transactions on Systems Science and Cybernetics 4. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Feng">Feng X, Buell DA, Rose JR, Waddellb PJ (2003) Parallel Algorithms for Bayesian Phylogenetic Inference. Journal of Parallel and Distributed Computing 63: 707—718. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Bellman">Bellman R (1961) Adaptive Control Processes: A Guided Tour: Princeton University Press. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Gerstner">Gerstner T, Griebel M (2003) Dimension-Adaptive Tensor-Product Quadrature. Computing 71: 65-87. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Singer">Singer AB, Taylor JW, Barton PI, Green WH (2006) Global dynamic optimization for parameter estimation in chemical kinetics. J Phys Chem A 110: 971—976. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Dean">Dean TA, Singh SS, Jasra A, Peters GW (2011) Parameter estimation for hidden markov models with intractable likelihoods. arXiv:11035399v1 [mathST] 28 Mar 2011. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Fearnhead">Fearnhead P, Prangle D (2011) Constructing Summary Statistics for Approximate Bayesian Computation: Semi-automatic ABC. ArXiv:10041112v2 [statME] 13 Apr 2011.</ref>
<ref name="Wilkinson">Wilkinson RD (2009) Approximate Bayesian computation (ABC) gives exact results under the assumption of model error. arXiv:08113355. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Nunes">Nunes MA, Balding DJ (2010) On optimal selection of summary statistics for approximate Bayesian computation. Stat Appl Genet Mol Biol 9: Article 34. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Joyce">Joyce P, Marjoram P (2008) Approximately sufficient statistics and bayesian computation. Stat Appl Genet Mol Biol 7: Article 26. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Grelaud">Grelaud A, Marin J-M, Robert C, Rodolphe F, Tally F (2009) Likelihood-free methods for model choice in Gibbs random fields. Bayesian Analysis 3: 427—442. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Marin">Marin J-M, Pillai NS, Robert CP, Rousseau J (2011) Relevant statistics for Bayesian model choice. ArXiv:11104700v1 [mathST] 21 Oct 2011: 1-24. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Toni">Toni T, Welch D, Strelkowa N, Ipsen A, Stumpf M (2007) Approximate Bayesian computation scheme for parameter inference and model selection in dynamical systems. J R Soc Interface 6: 187—202. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Tavare">Tavare S, Balding DJ, Griffiths RC ''et al.'' (1997) Inferring Coalescence Times From DNA Sequence Data, Genetics 145:505-518. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Toni2010">Toni T, Stumpf MPH (2010). Simulation-based model selection for dynamical systems in systems and population biology, Bioinformatics 26 (1):104–10. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Pritchard1999">Pritchard JK, Seielstad MT, Perez-Lezaun A ''et al.'' (1999) Population Growth of Human Y Chromosomes: A Study of Y Chromosome Microsatellites, Molecular Biology and Evolution 16:1791-1798. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Diggle">Diggle PJ, J. GR. (1984) Monte Carlo Methods of Inference for Implicit Statistical Models. Journal of the Royal Statistical Society, Series B 46:193-227. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Hoel71">Hoel DG, Mitchell TJ (1971) The simulation, fitting and testing of a stochastic cellular proliferation model. Biometrics, 27, 191—199. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Lai">Lai K, Robertson MJ, Schaffer DV (2004) The sonic hedgehog signaling system as a bistable genetic switch., Biophys J.: 86,2748-2757. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Bartlett63">Bartlett MS (1963) The spectral analysis of point processes. Journal of the Royal Statistical Society, Series B 25:264-296 {{ref-en}}</ref>
<ref name="Blum12">Blum MGB, Nunes MA, Prangle D, Sisson SA (2012) A comparative review of dimension reduction methods in approximate Bayesian computation. arxiv.org/abs/1202.3819 {{ref-en}}</ref>
<ref name="Fearnhead12">Fearnhead P, Prangle D (2012) Constructing summary statistics for approximate Bayesian computation: semi-automatic approximate Bayesian computation, Journal of the Royal Statistical Society, Series B 74(3): 419—474. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Blum10">Blum MGB (2010) Approximate Bayesian Computation: a nonparametric perspective, Journal of the American Statistical Association (105): 1178—1187 {{ref-en}}</ref>
<!--<ref name="Marin11">Jean-Michel Marin, Pierre Pudlo, Christian P. Robert and Robin J. Ryder (2011) Approximate Bayesian computational methods, Statistics and Computing {{ref-en}}</ref>-->
<ref name="Cornuet08">Cornuet J-M, Santos F, Beaumont M, ''et al.'' (2008) Inferring population history with DIY ABC: a user-friendly approach to approximate Bayesian computation, Bioinformatics, 24(23): 2713—2719 {{ref-en}}</ref>
<ref name="Csillery12">Csilléry K, François O, Blum MGB (2012), abc: an R package for approximate Bayesian computation (ABC) Methods in Ecology and Evolution, 3: 475—479 {{ref-en}}</ref>
<ref name="Liepe10">Liepe J, Barnes C, Cule E, Erguler K, Kirk P, Toni T, Stumpf MP (2010) ABC-SysBio—approximate Bayesian computation in Python with GPU support, Bioinformatics, 26: 1797—1799 {{ref-en}}</ref>
<ref name="Hickerson07">Hickerson MJ, Stahl E, Takebayashi N (2007) msBayes: Pipeline for testing comparative phylogeographic histories using hierarchical approximate Bayesian computation, BMC Bioinformatics, 8, 268: 1471—2105 {{ref-en}}</ref>
<ref name="Lopes09">Lopes JS, Balding D, Beaumont MA (2009) PopABC: a program to infer historical demographic parameters, Bioinformatics, 25: 2747—2749 {{ref-en}}</ref>
<ref name="Tallmon08">Tallmon DA, Koyuk A, Luikart G, Beaumont MA (2008) COMPUTER PROGRAMS: onesamp: a program to estimate effective population size using approximate Bayesian computation, Molecular Ecology Resources, 8: 299—301 {{ref-en}}</ref>
<ref name="Foll08">Foll M, Baumont MA, Gaggiotti OE (2008) An Approximate Bayesian Computation approach to overcome biases that arise when using AFLP markers to study population structure, Genetics, 179: 927—939 {{ref-en}}</ref>
<ref name="Bray10">Bray TC, Sousa VC, Parreira B, Bruford MW, Chikhi L (2010) 2BAD: an application to estimate the parental contributions during two independent admisture events, Molecular Ecology Resources, 10(3): 538—541 {{ref-en}}</ref>
<ref name="Marin11">Marin JM, Pudlo P, Robert CP, Ryder RJ (2012) Approximate Bayesian computational methods, Statistics and Computing, 22(6), 1167—1180 {{ref-en}}</ref>
<ref name="Wilkinson2007">Wilkinson, R. G. (2007). Bayesian Estimation of Primate Divergence Times, Ph.D. thesis, University of Cambridge. {{ref-en}}</ref>
<ref name="Berger2006">Berger, J. O. (2006). The case for objective Bayesian analysis. Bayesian Analysis 1 385—402 and 457—464. {{ref-en}}</ref>
}}

== Посилання ==

* {{cite web|url=http://darrenjw.wordpress.com/2013/03/31/introduction-to-approximate-bayesian-computation-abc/| title=Introduction to Approximate Bayesian Computation| author=Darren Wilkinson| date=March 31, 2013|accessdate=2013-03-31}} {{ref-en}}
* {{cite web|url=http://www.sumsar.net/blog/2014/10/tiny-data-and-the-socks-of-karl-broman/| title=Tiny Data, Approximate Bayesian Computation and the Socks of Karl Broman| author= Rasmus Bååth| date=October 20, 2014|accessdate=2015-01-22}} {{ref-en}}

{{DEFAULTSORT:Приблизне баєсове обчислення}}
[[Категорія:Баєсова статистика]]
[[Категорія:Статистичні наближення]]