Photometric Redshifts for Cosmology: Improving Accuracy and Uncertainty Estimates Using Bayesian Neural Networks
我们通过从测光估计到星系的距离(红移),从大规模天文调查中探索概率深度学习模型在宇宙学中的作用。由于来自这些新的和即将到来的巡天的大规模数据,越来越多地采用使用星系测光的机器学习技术来预测星系红移,这对于推断宇宙学参数(如暗能量的性质)非常重要。相关的不确定性估计也是关键的测量,然而,常见的机器学习方法通常只提供点估计,缺乏不确定性信息作为输出。我们转向贝叶斯神经网络(BNNs)作为一种有前途的方法来提供准确的预测红移值。我们已经从Hyper Suprime-Cam Survey中编译了一个新的星系训练数据集,旨在模拟大型调查,但在天空的一小部分。我们使用机器学习、天文学和概率度量来评估测光红移(photo-z)预测的性能和准确性。我们发现,虽然贝叶斯神经网络没有执行以及非贝叶斯神经网络,如果只评估点估计photo-z值,BNN可以提供宇宙学所必需的不确定性估计
2022-02-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Approximating non-Gaussian Bayesian partitions with normalising flows: statistics, inference and application to cosmology
本文利用归一化流简化贝叶斯推断中的MCMC采样,计算非高斯分布的划分函数并求后验解析式,应用于宇宙学参数推断,基于超新星数据估计物质密度和暗能量参数。
2025-04-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
Is the Jeffreys' scale a reliable tool for Bayesian model comparison in cosmology?
我们正在进入一个宇宙学的进步是由数据驱动的时代,替代模型将不得不根据一些一致的标准进行比较和排除。最保守和最广泛使用的方法是贝叶斯模型比较。在本文中,我们显式地计算所有模型的贝叶斯因子,这些模型相对于它们的参数是线性的。我们这样做是为了测试所谓的杰弗里斯尺度,并分析确定它的预测在一个简单的情况下有多准确,我们完全理解并可以分析计算一切。我们还讨论了嵌套模型的情况下,例如,一个与$M_1$和另一个与$M_2\supset M_1$参数,我们推导出解析表达式的贝叶斯因子和品质因数,定义为模型参数的置信度轮廓的倒数区域。所有这些机械和使用一个明确的例子,我们证明了Jeffreys的规模的阈值性质是不是一个“一刀切”的可靠工具模型比较,它可能会导致有偏见的结论。此外,我们讨论了选择正确的基础上的背景下,模型是线性的,其参数和基础如何影响参数估计和派生的约束条件的重要性。
2013-08-21 astro-ph.CO hep-ex physics.data-an
Sparsity and the Bayesian Perspective
稀疏性最近已经被引入到弱透镜的宇宙学和CMB数据分析中,用于不同的应用,如去噪,成分分离或修复(即填充丢失的数据或掩模)。虽然它给出了非常好的数值结果,但CMB稀疏修复受到了宇宙学顶级研究人员的严厉批评,基于贝叶斯观点的论点。试图理解他们的观点,我们意识到在贝叶斯框架中将正则化惩罚项解释为先验可能会导致错误的结论。本文并不反对贝叶斯方法,贝叶斯方法已被证明对许多应用非常有用,但警告在数据分析中仅使用贝叶斯解释,这在某些情况下可能会产生误导。
2013-02-15 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.data-an
$\texttt{unimpeded}$: A Public Nested Sampling Database for Bayesian Cosmology
Kavli Institute for Cosmology(卡弗里宇宙学研究所);Astrophysics Group, Cavendish Laboratory(卡文迪许实验室天体物理组);Newnham College(纽纳姆学院)
本文提出unimpeded公开数据库,提供基于嵌套采样和MCMC的预计算宇宙学后验链,覆盖八个模型和39个数据集,并支持六种张力指标快速计算,以降低贝叶斯模型比较的计算门槛。
2025-11-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
pocoMC: A Python package for accelerated Bayesian inference in astronomy and cosmology
pocoMC是一个Python包,用于加速天文学和宇宙学中的贝叶斯推断。该代码被设计为从具有非平凡几何形状的后验分布中有效地采样,包括强多模态和非线性。为此,pocoMC依赖于预处理蒙特卡罗算法,该算法利用归一化流来解相关后验参数。它有利于参数估计和模型比较的任务,特别是在计算昂贵的应用程序的重点。它允许在Python中拟合定义为对数似然函数和对数先验概率密度函数的任意模型。与流行的替代方案(如嵌套采样)相比,pocoMC可以加快采样过程的数量级,大大降低计算成本。最后,计算集群的并行化体现了线性缩放。
2022-07-12 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.comp-ph
Fast Bayesian Semiparametric Curve-Fitting and Clustering in Massive Data With Application to Cosmology
最近的技术进步导致了大量关于宇宙学的新数据,这些数据富含关于宇宙形成和演化的信息,例如,斯隆数字巡天(SDSS)收集了超过2亿个物体的数据。对这些数据的分析需要尖端的统计技术。在这里,我们使用贝叶斯半参数方法中的混合模型的概念来拟合回归曲线与SDSS(2007)目录中的类星体的视星等和红移的二元数据。与混合建模相关联的是一个高效的曲线拟合过程,这是本文所考虑的应用程序的核心。此外,我们采用了一种新的方法来分析后验分布的聚类,也产生了我们的方法的副产品。我们对宇宙学数据的分析结果清楚地表明,在回归曲线上存在着四个变点,特别是在高红移处,类星体有可能成团。这不仅对高红移类星体的演化、加速或减速的存在和环境等问题提供了新的认识,而且有助于我们估计与加速或减速有关的生态学参数。
2009-02-25 astro-ph.CO
Bayesian Model Selection with an Application to Cosmology
本文通过贝叶斯方法比较了三种宇宙学模型,发现wCDM在预测性能上优于ΛCDM和CPL模型。
2025-12-11 astro-ph.CO stat.AP stat.ME
On Model Selection in Cosmology
我们回顾了一些常用的模型选择方法:拟合优度,似然比检验,贝叶斯模型选择使用贝叶斯因子,以及经典的贝叶斯信息理论的方法。我们通过比较宇宙膨胀历史的模型来说明这些不同的方法。在讨论中,我们强调的前提和目标进入这些不同的方法来选择模型,最后推荐的信息理论的方法。
2019-05-10 astro-ph.CO
Robust Simulation-Based Inference in Cosmology with Bayesian Neural Networks
Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学)
基于模拟的推理(SBI)正在迅速成为分析宇宙学调查数据的标准机器学习技术。尽管学习模型的密度估计质量不断提高,但将此类技术应用于真实数据完全依赖于神经网络的泛化能力,远远超出了训练分布,而训练分布大多是不受约束的。由于科学家创建的模拟的不完美性,以及生成所有可能的参数组合的巨大计算费用,宇宙学中的SBI方法容易受到这种泛化问题的影响。在这里,我们讨论了这两个问题的影响,并展示了如何使用贝叶斯神经网络框架来训练SBI可以减轻偏见,并在训练集之外产生更可靠的推断。我们介绍cosmosSWAG,第一个应用程序的随机加权平均宇宙学,并将其应用到SBI训练的宇宙微波背景的推断。
2023-03-02 astro-ph.CO cs.LG
High-Dimensional Bayesian Model Comparison in Cosmology with GPU-accelerated Nested Sampling and Neural Emulators
本文提出GPU加速的嵌套采样框架,结合神经仿真器,实现高维宇宙学贝叶斯模型比较,在39维分析中2天内获得稳健贝叶斯因子,并探索插值获得额外4倍加速,显著提升计算效率。
2025-10-06 astro-ph.CO
Bayesian "Deep" Process Convolutions: An Application in Cosmology
本文提出贝叶斯深度过程卷积模型,通过自适应平滑度参数在单一框架内同时捕捉宇宙学物质功率谱中的平滑与振荡结构,并在模拟和真实数据中优于现有方法。
2024-11-22 astro-ph.CO astro-ph.IM stat.AP
Tests of Standard Cosmology in Horava Gravity and Bayesian Evidence for a Closed Universe, and the Hubble Tension
我们考虑在Horava引力的背景下标准宇宙学的一些背景测试,Horava引力具有不同的空间和时间标度维度,它已被提出作为一个可重正化的,高导数的,洛伦兹破坏的量子引力模型没有鬼的问题。我们获得了“非常强”和“强”的贝叶斯证据,我们的两个宇宙学模型A和B,分别取决于基于Horava引力的参数化的选择,对标准的,空间平坦的,基于广义相对论的LCDM宇宙学模型。对观测数据(包括BAO)的MCMC分析表明:(a)曲率密度参数Omega_k=-0.005+-0.0007,-0.004+0.003-0.001的封闭宇宙的偏好;(b)哈勃张力的减少,哈勃常数H_0=71.4+1.2-0.9,A、B型为69.5+1.6-0.9 km s^{-1} Mpc^{-1}。我们评论一些可能的进一步改进的“宇宙张力问题”,考虑更完整的早期宇宙物理学,基于洛伦兹违反标准模型与各向异性的时空标度,一致的Horava引力,以及适当采用的观测数据的封闭宇宙。
2022-09-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Bayesian model comparison in cosmology with Population Monte Carlo
我们使用贝叶斯模型选择技术来测试扩展的标准平坦的LambdaCDM范例。暗能量和曲率的情况下,和原始微扰模型被认为是。为此,我们使用人口蒙特卡罗(PMC),一种新的自适应采样技术,最近应用于宇宙学背景下,计算有利于每个模型的贝叶斯证据。贝叶斯证据可以立即从用于参数估计的PMC样本中获得,而无需进一步的计算工作,并且它带有相关的误差评估。此外,它提供了一个无偏估计的证据后,任何固定的迭代次数,它是自然的并行化,与MCMC和嵌套抽样方法相比。通过与模拟数据的分析预测的比较,我们表明,我们的结果与PMC是可靠的和强大的。在证据评估和各种情况下的稳定性的变化估计从模拟和数据。对于我们考虑的情况,对数证据的计算精度优于0.08。使用最近的CMB,SNIa和BAO数据的组合,我们发现平坦的LambdaCDM和简单的暗能量模型之间的不确定的证据。相对于平坦的宇宙学,弯曲的宇宙是中度到强烈不利的。使用物理上动机良好的先验内的慢卷近似的通货膨胀,我们发现一个运行的频谱指数的弱偏好。Harrison-Zel'dovich谱是弱不利的。利用当前数据,未检测到张量模式;张量与标量比r上的大先验量导致有利于r=0的中等证据。[摘要]
2010-03-29 astro-ph.CO
Characterizing the contaminating distance distribution for Bayesian supernova cosmology
从数千颗Ia型超新星(SNe Ia)的调查中测量暗能量的状态方程将受到光谱跟踪的限制,因此必须依赖于光度识别,增加了样品被核心塌陷超新星(CC SNe)污染的机会。超新星宇宙学的贝叶斯方法可以去除污染偏差,同时保持高的统计精度,但对污染距离分布的参数化选择很敏感。我们使用模拟调查的污染分布的形式和它的依赖于绝对星等,光变曲线的形状,颜色,消光,和核心坍缩超新星的红移。我们发现,CC光度函数占主导地位的距离分布函数,但它的形状是越来越扭曲的红移增加和更多的CC SNe低于调查星等限制。CC光变曲线的形状和颜色通常使距离分布偏移,并且它们对CC距离的影响是相关的。我们将模拟的距离与SDSS-II SN巡天的第一年结果进行了比较,发现SDSS距离分布可以用模拟的CC SNe重现,其比标准的Richardson等人(2002)光度函数暗约1等,但拟合不好。为了利用贝叶斯参数估计方法的全部功率,污染分布的参数化应通过CC光度函数的当前知识来指导,再加上调查选择和震级限制的影响,并允许由距离拟合的参数引起的系统移位。
2010-09-09 astro-ph.CO
Kernel Selection for Gaussian Process in Cosmology: with Approximate Bayesian Computation Rejection and Nested Sampling
本文比较ABC拒绝法与嵌套抽样用于宇宙学GP核选择,发现ABC拒绝法下M52核优于RBF核,但嵌套抽样中该优势消失,且数据对核选择无显著依赖。
2023-04-08 astro-ph.CO
The supernova cosmology cookbook: Bayesian numerical recipes
在过去的二十年里,理论和观测宇宙学取得了许多重大成就。来自威尔金森微波各向异性探测器和普朗克的宇宙微波背景测量,以及大尺度结构和超新星(SN)搜索,对宇宙学参数提出了非常严格的限制。Ia型超新星(SNIa)在宇宙加速膨胀的发现中发挥了核心作用,并于2011年获得诺贝尔物理学奖。在过去的十年中,高质量的SN观测数量大幅增加,SN目录现在包含数百个物体。随着暗能量巡天和大型综合巡天望远镜等下一代任务的数据可用,这一数字预计将在未来几年内增加到数千。为了利用大量即将到来的高质量数据,开发强大而有效的统计分析方法来回答宇宙学问题是非常重要的,最重要的是确定暗能量的性质。为了解决这些问题,我的工作是基于嵌套采样方法的参数估计和模型选择和神经网络的机器学习。使用先进的贝叶斯技术,我约束暗物质晕沿SN的视线,通过其弱引力透镜效应的属性,开发方法分类SNe光度从他们的光变曲线,并提出结果更一般的问题与约束宇宙学参数和测试不同的SN汇编的一致性。
2015-03-12 astro-ph.CO
Bayesian Methods in Cosmology
这些笔记旨在概述贝叶斯统计,基本概念和应用方法,这对天文学家寻求分析和解释有关宇宙的各种数据是有用的。该级别从基本概念开始,不假设任何统计方法的先前知识,然后进展到更高级的研究级主题。在介绍了统计推断对物理科学的重要性之后,介绍并解释了概率论和推断的基本概念。贝叶斯方法,然后提出,从贝叶斯定理的意义和它的使用作为推理引擎,包括先验和后验分布的讨论。然后涵盖了从任意后验生成样本的数值方法(包括马尔可夫链蒙特卡罗和嵌套采样)。最后一节涉及贝叶斯模型选择的主题,以及如何使用它来评估模型的性能,并将其与经典的p值方法进行对比。一系列不同难度的练习旨在加深对理论材料的理解,包括对其中大多数问题的充分解决方案。
2017-01-05 astro-ph.CO astro-ph.IM stat.ME
Approximate Bayesian Computation for Forward Modeling in Cosmology
贝叶斯推断常用于宇宙学和天体物理学中,以从观测中推导出对模型参数的约束。这种方法依赖于在给定模型参数选择的情况下计算数据的可能性的能力。然而,在许多实际情况下,由于非高斯误差、非线性测量过程或复杂的数据格式(如星表和地图),似然函数可能不可用或难以处理。在这些情况下,模拟数据集的模拟通常可以通过正向建模来进行。我们讨论了如何近似贝叶斯计算(ABC)可以在这些情况下,使用模拟数据集来获得近似的后验约束。该技术依赖于参数集的采样、量化观察和模拟之间的差异的距离度量以及压缩数据中的信息的汇总统计。我们首先回顾ABC的原则,并讨论其实施使用人口蒙特卡罗(PMC)算法和马氏距离度量。我们使用高斯玩具模型来测试实现的性能。然后,我们应用ABC技术的实际情况下,宽场宇宙学调查的图像模拟的校准。我们发现,ABC分析是能够提供可靠的参数约束这个问题,因此是一个很有前途的技术,在宇宙学和天体物理学的其他应用。我们的ABC PMC方法的实现通过公共代码发布提供。
2015-09-04 astro-ph.CO astro-ph.IM stat.CO
On Probability and Cosmology: Inference Beyond Data?
现代科学宇宙学推动了知识和可知的边界。这引发了对科学知识本质的质疑。一个核心问题是什么定义了一个“好”的模型。当解决宇宙或其初始状态的全局性质时,这成为一个特别紧迫的问题。如何评估宇宙作为一个整体的概率在经验上是模糊的,因为我们只能检查正在研究的系统的一个单一实现的一部分:在某个时候,数据会用完。我们回顾了将贝叶斯统计解释应用于整个宇宙的基础知识。我们认为,传统的贝叶斯模型推理方法在这种情况下通常会失败,并且无法解决,例如,暴胀宇宙学中所谓的“测量问题"在这些情况下,隐含的和非经验的估值不可避免地进入模型评估。这破坏了执行贝叶斯模型比较的可能性。因此,人们必须要么保持沉默,要么追求更一般形式的系统和合理的模型评估。我们概述了一个广义的公理贝叶斯模型推理框架,基于数学格。这扩展了基于经验数据(证据)的推断,以额外考虑模型结构(优雅性)和模型可能性空间(有益性)的属性。我们提出这是一个自然的和理论上动机良好的框架,引入一个明确的,理性的方法,理论模型的偏见和推理超越数据。
2018-12-10 astro-ph.CO gr-qc physics.data-an
EPIC - Easy Parameter Inference in Cosmology: The user's guide to the MCMC sampler
宇宙学中的简单参数推断(EPIC)是另一种用于宇宙学的马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)采样器。它在Python中实现,并提供基于贝叶斯证据的贝叶斯参数推断和模型比较。包括并行回火算法,它可以帮助探索具有两个或多个分离峰的后验分布。正在开发通过微调算法获得更高效率的自适应例程,并将在未来版本中提供。在本用户指南中,我给出了安装和使用的一般说明,包括示例,并展示了如何修改代码以添加新的数据集和模型。
2018-09-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
CosmoPMC: Cosmology Population Monte Carlo
我们提出了宇宙学的贝叶斯抽样算法CosmoPMC(宇宙学人口蒙特卡罗)的公开发布。CosmoPMC探索了各种宇宙学探测器的参数空间,并提供了贝叶斯证据的鲁棒估计。CosmoPMC基于一种称为人口蒙特卡罗(PMC)的自适应重要性抽样方法。实现了各种宇宙学似然模块,并且可以很容易地添加新模块。重要性采样算法是用C语言编写的,并使用消息传递接口(MPI)完全并行化。由于开销非常小,采样所需的挂钟时间大约与CPU数量成比例。CosmoPMC软件包包含后处理和绘图程序,以及Monte-Carlo Markov chain(MCMC)算法。采样引擎在pmclib库中实现,可以独立使用。该软件可在http://www.cosmopmc.info下载。
2012-12-29 astro-ph.CO
Accounting for Selection Effects in Supernova Cosmology with Simulation-Based Inference and Hierarchical Bayesian Modelling
本文提出利用归一化流从模拟中学习超新星观测似然,结合分层贝叶斯模型与哈密顿蒙特卡洛采样,以校正马尔姆奎斯特偏差并约束宇宙学参数,验证结果与解析后验一致。
2024-07-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
Bayesian emulator optimisation for cosmology: application to the Lyman-alpha forest
莱曼-阿尔法森林对宇宙学参数和星系际介质天体物理学都提供了强有力的约束,预计下一代的调查,包括eBOSS和DESI,将进一步改善。在宇宙学推断中,提取这些信息需要在整个高维参数空间中计算可能性。评估的可能性需要一个强大的和准确的参数和观测值之间的映射,在这种情况下,1D通量功率谱。宇宙学模拟使这样的映射成为可能,但由于计算时间的限制,只能在少数几个样本点上进行评估;“仿真器”被设计成在这些样本点之间进行插值。然后,问题简化为放置样本点,以便获得准确的映射,同时最大限度地减少所需的昂贵模拟的数量。为了解决这个问题,我们引入了一个仿真程序,采用贝叶斯优化的训练集的高斯过程插值方案。从拉丁超立方体采样开始(可以使用具有良好空间填充特性的其他方案),我们在新的参数位置上使用额外的模拟来迭代地增加训练集,这些参数位置平衡了减少插值误差的需要,同时专注于高可能性区域。我们发现,较小的仿真器误差从贝叶斯优化传播到较小的宽度后验分布。即使比拉丁超立方体更少的模拟,贝叶斯优化也将95%的可信体积缩小了90%,例如,小规模原始波动幅度的1 σ误差为38%。这是贝叶斯优化应用于大尺度结构仿真的第一次演示,我们预计该技术将推广到许多其他探测器,如星系聚类,弱透镜和21厘米。
2019-02-05 astro-ph.CO
Determination of Hubble constant from Megamaser Cosmology Project using Profile Likelihood
本研究利用轮廓似然法对巨脉泽宇宙学项目数据进行频率学推断,独立测定哈勃常数,结果与贝叶斯估计一致,展示了处理干扰参数的新方法。
2025-06-17 astro-ph.CO astro-ph.IM
Comparison between different methods of model selection in cosmology
在宇宙学中有几种模型选择的方法,它们至少有两个主要目标,即找到正确的模型或很好地预测。在这项工作中,我们讨论了通过研究著名的模型选择方法,如赤池信息准则(AIC),贝叶斯信息准则(BIC),偏差信息准则(DIC)和贝叶斯证据,这些不同的目标是如何在每个范式追求。我们还采用了另一种在宇宙学文献中较少见到的模型选择方法,即交叉验证方法。利用这些方法,我们将比较宇宙学中的两种不同情况,$Λ$ CDM模型和动力学暗能量。我们表明,每种方法往往在模型选择不同的结果。虽然BIC和贝叶斯证据推翻了具有2或3个额外自由度的动力学暗能量场景,DIC和交叉验证方法更喜欢这些动力学模型而不是$Λ$ CDM模型。假设不同分析的数值结果,并结合宇宙学和统计方面的问题,我们提出交叉验证作为一个有趣的方法,在宇宙学模型选择,可以导致不同的结果相比,通常的模型选择方法。
2021-02-21 astro-ph.CO gr-qc
A general Bayesian model-validation framework based on null-test evidence ratios, with an example application to global 21-cm cosmology
针对复合模型比较中分量间系统误差吸收导致的有偏推断问题,提出基于零假设检验证据比率的BaNTER验证框架,结合贝叶斯因子比较,在21厘米宇宙学模拟数据中验证六个模型,确保信号无偏推断。
2025-02-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
Steve: A hierarchical Bayesian model for Supernova Cosmology
我们提出了一个新的贝叶斯层次模型(BHM)命名为史蒂夫进行Ia型超新星(SNIa)宇宙学拟合。这包括一个改进的Malmquist偏差的治疗,占系统的不确定性的额外来源,并提高数值效率,包括以前的工作。鉴于光曲线拟合参数,红移,和主机星系的质量,我们适合史蒂夫同时描述宇宙学,SNIa人口,系统的不确定性的参数。选择效应的特点是使用蒙特卡罗模拟。我们通过拟合SNIa数据集的实现来演示其实现,其中SNIa模型紧密遵循Steve中使用的模型。接下来,我们验证更现实的SNANA模拟SNIa样本的暗能量调查和低红移调查。这些模拟数据集包含超过$60\,000$ SNeIa,我们使用它来评估宇宙学参数的恢复偏差,特别是暗能量状态方程,$w$。这是应用于SNIa宇宙学拟合的BHM方法的最严格的测试,并且揭示了依赖于模拟SNIa性质的小$w$偏差,特别是内在SNIa散射模型。该$w$ -偏差平均小于$0.03$,小于$w$统计不确定性的一半。这些模拟测试结果是BHM宇宙学拟合在即将到来的大型调查中的应用的关注点,因此未来的开发将集中在最大限度地减少Steve对SNIa固有散射模型的敏感性上。
2019-05-01 astro-ph.CO
A Bayesian interpretation of inconsistency measures in cosmology
测量数据集之间的不一致性已经成为宇宙学分析的重要组成部分。重要的是要准确地评估这种不一致的意义时,存在。我们在这里提出了一个贝叶斯解释的不一致性措施,可以提取信息的存在下,数据分散的物理不一致性。新的框架是基于条件概率分布的物理不一致的水平给出了所获得的测量值。我们使用的不一致性指数作为案例研究来说明新的解释框架,但这可以推广到其他指标。重要的是,在不一致性的量化中有两个方面,随着模型参数数量的增加,它们的表现不同。第一个是物理不一致性水平达到阈值的概率,该阈值随着所考虑的参数数量的增加而下降。其次是物理不一致性的实际水平,它对参数的增加相当不敏感。这种经常被忽视的模糊性导致低估的物理不一致性的普遍采用的显着性水平时,使用,但解决了贝叶斯解释,因为条件概率分布包括所有的统计信息的物理不一致性的水平。最后,我们应用贝叶斯解释检查普朗克与造父变星为基础的本地测量,暗能量调查(DES),阿塔卡马宇宙学望远镜(ACT)和WMAP之间的一致性。我们确认和重温以前的物理不一致的程度,并显示稳定的新的解释的宇宙学参数的数量相比,常用的n- $σ$解释时,适用于宇宙学的紧张局势在多参数空间。
2021-05-11 astro-ph.CO gr-qc
Marginal Bayesian Statistics Using Masked Autoregressive Flows and Kernel Density Estimators with Examples in Cosmology
宇宙学实验经常使用贝叶斯工作流从他们的数据中推导出宇宙学和天体物理学参数的约束。已经表明,这些约束可以在不同的探测器,如普朗克和暗能量调查,这可以是一个有价值的练习,以提高我们对宇宙的理解和量化多个实验之间的紧张关系。然而,这些实验通常受到不同的系统学、仪器效应和污染信号的困扰,我们将其统称为“滋扰”成分,这些成分必须与感兴趣的目标信号一起建模。这导致了高维参数空间,特别是当组合数据集时,具有> 20个维度,其中只有大约5个维度对应于关键物理量。我们提出了一种方法,通过生成快速,可重复使用和可靠的边际概率密度估计,使我们获得无公害似然从不同的数据集的约束相结合,在计算上有效的方式。这是可能的,通过嵌套抽样的独特组合,这使我们能够获得贝叶斯证据,和边际贝叶斯统计代码MARGARINE。我们的方法在信号参数中是无损的,导致与从所有滋扰参数上的完整嵌套采样运行中发现的相同的后验分布,并且通常比评估完整似然性更快。我们证明了我们的方法,将其应用到后验的组合从暗能量调查和普朗克。
2022-11-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
KiDS+VIKING-450 cosmology with Bayesian hierarchical model redshift distributions
Imperial College(帝国理工学院);University of Oxford(牛津大学);CNRS & Sorbonne Université(法国国家科学研究中心与索邦大学);Leiden University(莱顿大学)
本文利用贝叶斯分层模型框架,通过采样KiDS+VIKING-450调查中的星系红移分布,改进了弱引力透镜数据的宇宙学分析,缓解了与普朗克数据的S8张力,并推导了物质密度参数。
2026-05-14 astro-ph.CO
Bayesian Evidence against Harrison-Zel'dovich spectrum in tension cosmology
目前的宇宙学约束的原始波动$Λ$ CDM模型的标量谱指数$n_{\rm s}$排除了最小标度不变的哈里森-泽尔多维奇模型($n_{\rm s}=1$ ;以下简称HZ)在高显着性,提供支持的通货膨胀。然而,近年来,在不同的宇宙学数据集之间出现了一些紧张关系,如果不是由于系统学,可能表明在$Λ$ CDM模型之外存在新的物理学。鉴于这些发展,我们评估了贝叶斯证据对HZ在不同的数据组合和模型扩展。仅考虑普朗克温度数据,我们发现非决定性的证据反对HZ时,包括中微子数$N_{\rm eff}$和/或氦丰度$Y_{\rm He}$的变化。另一方面,加上普朗克极化数据,在我们考虑的扩展中产生了反对HZ的强有力证据。也许最有趣的是,普朗克温度数据与当地哈勃常数的测量结果相结合,给出了最可能的模型,即带有额外中微子的HZ谱。然而,由于包含了极化,标准的$Λ$ CDM再次成为首选,但带有额外中微子的HZ模型并没有受到强烈的反对。因此,完全排除HZ谱的可能性最终与解决当前宇宙学数据集之间的紧张关系有关。如果这些张力被未来的数据所证实,那么新的物理机制可能正在发挥作用,HZ光谱仍然可以提供一个有效的替代方案。
2018-08-28 astro-ph.CO
Towards end-to-end Bayesian forward models in global 21-cm cosmology: surrogate modelling and marginalisation of beam uncertainty
Astrophysics Group, Cavendish Laboratory(卡文迪许实验室天体物理组);Kavli Institute for Cosmology(卡弗里宇宙学研究所);Antenna Group, Université Catholique de Louvain(天主教鲁汶大学天线研究组)
本研究针对全局21厘米宇宙学的波束不确定性问题,提出端到端贝叶斯框架,通过代理建模与分析边缘化减少模拟负担,实现稳健的不确定性量化。
2026-08-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Bayesian Anomaly Detection for Ia Cosmology: Automating SALT3 Data Curation
提出一种贝叶斯异常检测框架,将异常检测集成到SALT3光变曲线拟合中,实现自动化测光数据质量控制,能识别异常值和损坏波段并保留有效数据,避免宇宙学推断偏差。
2025-09-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Field-level inference in cosmology
本文介绍了宇宙学中的场级推断框架,通过分析未压缩地图推断物理场与宇宙学参数,结合贝叶斯分层模型与机器学习提升数据分析能力并避免偏差。
2025-09-16 astro-ph.CO astro-ph.IM
Machine Learning Techniques for Astrophysics and Cosmology: Simulation-Based Inference
Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo(Kavli宇宙物理与数学统一研究所(WPI),多伦多大学天体物理与空间研究所,东京大学)
本文探讨了基于模拟的推断(SBI)在天文学和宇宙学中的应用,介绍了后验、似然和比值估计等基本技术,讨论了其诊断方法及在实际场景中的选择指南,并指出了训练预算有限是当前的主要挑战。
2026-05-11 astro-ph.CO astro-ph.IM
Massive optimal data compression and density estimation for scalable, likelihood-free inference in cosmology
宇宙学中的许多统计模型可以向前模拟,但具有难以处理的似然函数。无似然推理方法允许我们仅使用正向模拟从这些模型执行贝叶斯推断,而不需要任何似然假设或近似。无可能性推理一般涉及模拟模拟数据并与观察数据进行比较;数据空间中的这种比较受到维数灾难的影响,需要将数据压缩为少量的汇总统计量才能处理。在本文中,我们使用大规模的渐近最优数据压缩,以减少数据空间的维数,每个参数只有一个数字,提供了一个自然和最佳的框架,总结统计选择的似然性自由推断。其次,我们提出了第一个宇宙学应用的密度估计似然自由推理(\textsc{delfi}),它学习一个参数化模型的数据和参数的联合分布,产生参数后验和模型证据。这种方法在概念上是简单的,需要更少的调整比传统的近似贝叶斯计算方法的似然自由推理,可以给高保真后验从数量级更少的前向模拟。作为额外的奖励,它可以同时进行参数推断和贝叶斯模型比较。我们展示了密度估计似然自由推断与大量的数据压缩的联合光变曲线分析超新星数据的分析,作为一个简单的验证案例研究。我们表明,高保真后验推理是可能的全尺寸的宇宙学数据分析与少的$\sim 10^4$模拟,与进一步改进的实质性范围,展示了大而复杂的宇宙学数据集的似然性无推理的可扩展性。
2018-03-26 astro-ph.CO
Late-Time Alleviation of the Hubble Tension in CPL Cosmology with Massive Neutrinos via Bayesian Physics-Informed Neural Networks
Lorestan University(洛雷斯坦大学)
研究在CPL宇宙学框架下,利用贝叶斯物理信息神经网络对哈勃常数进行分析,结合多种晚期观测探针数据,探讨暗能量动力学和中微子质量对哈勃张力的影响,结果显示该方法能有效缓解哈勃张力,是精密宇宙学的有力工具。
2026-09-15 astro-ph.CO gr-qc
Holographic and Gravity-Thermodynamic Approaches in Entropic Cosmology: Bayesian Assessment using late-time Data
该研究在全息暗能量(HDE)和引力热力学(GT)形式体系中探究基于熵的方法的宇宙学意义,使用扩展Barrow熵形式及不同Δ参数范围,结合多数据集贝叶斯分析,发现HDE模型表现远优于GT方法且与ΛCDM统计等价。
2025-04-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Optimal, fast, and robust inference of reionization-era cosmology with the 21cmPIE-INN
该研究提出结合卷积摘要网络与条件可逆网络的框架,基于物理启发的潜在表示,实现对再电离时代宇宙学参数的快速、最优且稳健的模拟推断,为现有功率谱方法提供非高斯信息敏感的替代方案。
2025-03-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
A Bayesian Method to Mitigate the Effects of Unmodelled Time-Varying Systematics for 21-cm Cosmology Experiments
本文提出一种基于平方指数高斯过程核的贝叶斯方法,用于解决21厘米宇宙学实验中未建模的时变系统误差问题,能显著降低拟合偏差并可作为系统误差诊断与建模工具。
2023-10-27 astro-ph.CO astro-ph.IM
Unlocking 21cm Cosmology with SBI: A Beginner friendly NRE for Inference of Astrophysical Parameters
本文提出了一种面向初学者的PyTorch流程,用于基于模拟的推断方法MNRE,以从21厘米线功率谱中推断天体物理参数,如电离效率和X射线亮度。
2025-11-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
A hierarchical Bayesian framework for cosmology using Type 1 AGN variability
Institute of Astronomy, University of Cambridge(剑桥大学天文学研究所);Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge(剑桥大学卡弗里宇宙学研究所);Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics, University of Cambridge(剑桥大学应用数学与理论物理系)
提出一个基于AGN光学/紫外变异性与光度反相关的分层贝叶斯框架,通过有限基线光变曲线和短时标变异性实现宇宙学距离测量,在Gaia DR3模拟中验证了方法有效性。
2026-06-26 astro-ph.CO astro-ph.GA