Wyprowadzenie transformacji normalizującej dla GLM


15

Jaka jest transformacja normalizująca dla rodziny wykładniczej pochodny? A(⋅)=∫duV1/3(μ)

Mówiąc dokładniej : Próbowałem postępować zgodnie ze szkicem rozszerzenia Taylora na stronie 3, slajd 1 tutaj, ale mam kilka pytań. Gdy z rodziny wykładniczej, transformacja h (X) i \ kappa _i oznaczają i ^ {th} kumulant, slajdy twierdzą, że: \ kappa _3 (h (\ bar {X})) \ ok h '(\ mu) ^ 3 \ frac {\ kappa _3 (\ bar {X})} {N ^ 2} + 3h '(\ mu) ^ 2h' '(\ mu) \ frac {\ sigma ^ 4} {N} + O (N ^ {- 3}) i pozostaje po prostu znaleźć h (X)Xh(X)κiith

κ3(h(X¯))≈h′(μ)3κ3(X¯)N2+3h′(μ)2h″(μ)σ4N+O(N−3),
h(X) tak, aby powyższe miało wartość 0.
  1. Moje pierwsze pytanie dotyczy arytmetyki: moja ekspansja Taylora ma różne współczynniki i nie mogę usprawiedliwić, że porzuciły wiele terminów.

    Since h(x)≈h(μ)+h′(μ)(x−μ)+h″(x)2(x−μ)2, we have:h(X¯)−h(u)≈h′(u))(X¯−μ)+h″(x)2(X¯−μ)2E(h(X¯)−h(u))3≈h′(μ)3E(X¯−μ)3+32h′(μ)2h″(μ)E(X¯−μ)4+34h′(μ)h″(μ)2E(X¯−μ)5+18h″(μ)3E(X¯−μ)6.

    Mogę dojść do czegoś podobnego, zastępując centralne momenty ich kumulatywnymi odpowiednikami, ale nadal się nie sumują.

  2. Drugie pytanie: dlaczego analiza zaczyna się od zamiast , czyli ilości, na której nam zależy?X¯X


Wydaje się, że kilkakrotnie gdzie znacząuμ
— Glen_b -Reinstate Monica

Odpowiedzi:


2

Slajdy, do których prowadzą linki, są nieco mylące, pomijają kroki i robią kilka literówek, ale ostatecznie są poprawne. Pomoże odpowiedzieć najpierw na pytanie 2, potem 1, a następnie na końcu uzyskać transformację symetryczną .A(u)=∫−∞u1[V(θ)]1/3dθ

Pytanie 2. Analizujemy ponieważ jest to średnia próbki wielkości iid zmiennych losowych . Jest to ważna ilość, ponieważ pobieranie próbek o tym samym rozkładzie i przyjmowanie średniej dzieje się cały czas w nauce. Chcemy wiedzieć, jak blisko jest do prawdziwej średniej . Twierdzenie Central Limit mówi, że zbiegnie się do jako ale chcielibyśmy poznać wariancję i skośność .X¯NX1,...,XNX¯μμN→∞X¯

Pytanie 1. Twoje przybliżenie serii Taylora nie jest niepoprawne, ale musimy uważać na śledzenie vs. i potęgi aby dojść do tego samego wniosku co slajdy. Zaczniemy od definicji i centralnych momentów i wzór na :X¯XiNX¯Xiκ3(h(X¯))

X¯=1N∑i=1NXi

E[Xi]=μ

V(Xi)=E[(Xi−μ)2]=σ2

κ3(Xi)=E[(Xi−μ)3]

Teraz najważniejsze momenty :X¯

E[X¯]=1N∑i=1NE[Xi]=1N(Nμ)=μ

V(X¯)=E[(X¯−μ)2]=E[((1N∑i=1NXi)−μ)2]=E[(1N∑i=1N(Xi−μ))2]=1N2(NE[(Xi−μ)2]+N(N−1)E[Xi−μ]E[Xj−μ])=1Nσ2

Ostatni krok następuje od , a . To może nie być najłatwiejsze wyprowadzenie , ale jest to ten sam proces, który musimy wykonać, aby znaleźć i , w którym dzielimy iloczyn sumy i liczymy liczbę terminów z potęgami różnych zmiennych. W powyższym przypadku istniało wyrażeń w formie i w formieE[Xi−μ]=0E[(Xi−μ)2]=σ2V(X¯)κ3(X¯)κ3(h(X¯))N(Xi−μ)2N(N−1)(Xi−μ)(Xj−μ) .

κ3(X¯)=E[(X¯−μ)3)]=E[((1N∑i=1NXi)−μ)3]=E[(1N∑i=1N(Xi−μ))3]=1N3(NE[(Xi−μ)3]+3N(N−1)E[(Xi−μ)E[(Xj−μ)2]+N(N−1)(N−2)E[(Xi−μ)]E[(Xj−μ)]E[(Xk−μ)]=1N2E[(Xi−μ)3]=κ3(Xi)N2

Następnie rozwiniemy w serii Taylor, tak jak masz:h(X¯)

h(X¯)=h(μ)+h′(μ)(X¯−μ)+12h″(μ)(X¯−μ)2+13h‴(μ)(X¯−μ)3+...

E[h(X¯)]=h(μ)+h′(μ)E[X¯−μ]+12h″(μ)E[(X¯−μ)2]+13h‴(μ)E[(X¯−μ)3]+...=h(μ)+12h″(μ)σ2N+13h‴(μ)κ3(Xi)N2+...

Przy odrobinie wysiłku możesz udowodnić, że pozostałe terminy to . Wreszcie, ponieważ , (co nie jest tym samym, co ), ponownie wykonujemy podobne obliczenia:O(N−3)κ3(h(X¯))=E[(h(X¯)−E[h(X¯)])3]E[(h(X¯)−h(μ))3]

κ3(h(X¯))=E[(h(X¯)−E[h(X¯)])3]=E[(h(μ)+h′(μ)(X¯−μ)+12h″(μ)(X¯−μ)2+O((X¯−μ)3)−h(μ)−12h″(μ)σ2N−O(N−2))3]

Interesują nas tylko warunki wynikające z kolejności , a przy dodatkowej pracy możesz pokazać, że nie potrzebujesz warunków „ „lub” ”przed przejęciem trzeciej potęgi, ponieważ spowodują one tylko w kolejności . Upraszczając, otrzymujemyO(N−2)O((X¯−μ)3)−O(N−2)O(N−3)

κ3(h(X¯))=E[(h′(μ)(X¯−μ)+12h″(μ)(X¯−μ)2−12h″(μ)σ2N))3]=E[h′(μ)3(X¯−μ)3+18h″(μ)3(X¯−μ)6−18h″(μ)3σ6N3+32h′(μ)2h″(μ)(X¯−μ)4+34h′(μ)h″(μ)(X¯−μ)5−32h′(μ)2h″(μ)(X¯−μ)2σ2N+O(N−3)]

W tym produkcie pominąłem niektóre terminy, które były oczywiście . Musisz przekonać się, że warunki i toO(N−3)E[(X¯−μ)5]E[(X¯−μ)6]O(N−3) również. Jednak,

E[(X¯−μ)4]=E[1N4(∑i=1N(X¯−μ))4]=1N4(NE[(Xi−μ)4]+3N(N−1)E[(Xi−μ)2]E[(Xj−μ)2]+0)=3N2σ4+O(N−3)

Następnie rozkładamy oczekiwanie na nasze równanie dlaκ3(h(X¯)) , mamy

κ3(h(X¯))=h′(μ)3E[(X¯−μ)3]+32h′(μ)2h″(μ)E[(X¯−μ)4]−32h′(μ)2h″(μ)E[(X¯−μ)2]σ2N+O(N−3)=h′(μ)3κ3(Xi)N2+92h′(μ)2h″(μ)σ4N2−32h′(μ)2h″(μ)σ4N2+O(N−3)=h′(μ)3κ3(Xi)N2+3h′(μ)2h″(μ)σ4N2+O(N−3)

To kończy wyprowadzenie . W końcu uzyskamy transformację symetryczną .κ3(h(X¯))A(u)=∫−∞u1[V(θ)]1/3dθ

Dla tej transformacji ważne jest, aby pochodziła z wykładniczego rozkładu rodziny, w szczególności z naturalnej rodziny wykładniczej (lub została przekształcona w ten rozkład), w postaciXifXi(x;θ)=h(x)exp⁡(θx−b(θ))

W tym przypadku skumulowane rozkłady podane są przez . Więc , , a . Możemy zapisać parametr jako funkcję tylko biorąc odwrotność , pisząc . Następnieκk=b(k)(θ)μ=b′(θ)σ2=V(θ)=b″(θ)κ3=b‴(θ)θμb′θ(μ)=(b′)−1(μ)

θ′(μ)=1b″((b′)−1(μ))=1b″(θ))=1σ2

Następnie możemy zapisać wariancję jako funkcję i wywołać tę funkcję :μV¯

V¯(μ)=V(θ(μ))=b″(θ(μ))

Następnie

ddμV¯(μ)=V′(θ(μ))θ′(μ)=b‴(θ)1σ2=κ3σ2

Więc jako funkcja , .μκ3(μ)=V¯′(μ)V¯(μ)

Teraz, dla transformacji symetrycznej, chcemy zmniejszyć skośność , tworząc więc toh(X¯)h′(μ)3κ3(Xi)N2+3h′(μ)2h″(μ)σ4N2=0h(X¯)O(N−3) . Tak więc chcemy

h′(μ)3κ3(Xi)+3h′(μ)2h″(μ)σ4=0

Podstawiając nasze wyrażenia do i jako funkcjiσ2κ3μ , mamy:

h′(μ)3V¯′(μ)V¯(μ)+3h′(μ)2h″(μ)V¯(μ)2=0

Więc , co prowadzi doh′(μ)3V¯′(μ)+3h′(μ)2h″(μ)V¯(μ)=0ddμ(h′(μ)3V¯(μ))=0 .

Jednym rozwiązaniem tego równania różniczkowego jest:

h′(μ)3V¯(μ)=1 ,

h′(μ)=1[V¯(μ)]1/3

Więc , dla dowolnej stałej, . To daje nam transformację symetryczną , gdzie jest wariancją jako funkcja średniej w naturalnej rodzinie wykładniczej.h(μ)=∫cμ1[V¯(θ)]1/3dθcA(u)=∫−∞u1[V(θ)]1/3dθV


1

◼ nie mogę uzyskać tego samego wyniku, przybliżając momenty niecentralne a następnie obliczyć momenty centralne używając przybliżających momentów niecentralnych?EX¯kE(X¯−EX¯)k

Ponieważ zmieniasz pochodne arbitralnie i upuszczasz termin pozostałości, co jest ważne. Jeśli nie znasz dużej notacji O i odpowiednich wyników, dobrym odniesieniem jest [Casella i Lehmann].

h(X¯)−h(u)≈h′(u)(X¯−μ)+h″(x)2(X¯−μ)2+O[(X¯−μ)3]

E[h(X¯)−h(u)]≈h′(u)E(X¯−μ)+h″(x)2E(X¯−μ)2+(?)

Ale nawet jeśli nie upuścisz pozostałości, argumentując, że zawsze robisz (co jest niezgodne z prawem ...), następujący krok: mówi, żeN→∞

\E(h(X¯)−h(u))3≈h′(μ)3\E(X¯−μ)3+32h′(μ)2h″(μ)\E(X¯−μ)4+34h′(μ)h″(μ)2\E(X¯−μ)5+18h″(μ)3\E(X¯−μ)6.(1)
∫[h(x)−h(x0)]3dx=∫[h′(x0)(x−x0)+12h″(x0)(x−x0)2+O((x−x0)3)]3dx=(1)

jeśli nadal nie jest to jasne, możemy zobaczyć, że idzie algebra rozszerzania całki

[h′(x0)(x−x0)+12h″(x0)(x−x0)2+O((x−x0)3)]3(2)

Niech , ,A=h′(x0)(x−x0)B=12h″(x0)(x−x0)2C=O((x−x0)3) (2)=[A+B+C]3 ≠[A3+3A2B+3AB2+B3]=[A+B]3=(1)

Twoim błędem jest pominięcie pozostałości przed ekspansją, co jest „klasycznym” błędem w dużej notacji O, a później stało się krytyką użycia dużej notacji O.

◼ 2.Dlaczego analiza zaczyna się od zamiastX¯X , czyli ilości, na której nam zależy?

Ponieważ chcemy oprzeć naszą analizę na wystarczających statystykach wprowadzanego modelu wykładniczego. Jeśli masz próbkę o rozmiarze 1, nie ma różnicy, czy analizujesz za pomocą LUBX¯=1n∑i=1nXiX1 .

To dobra lekcja na temat wielkiej notacji O, chociaż nie dotyczy GLM ...

Odnośnik [Casella i Lehmann] Lehmann, Erich Leo i George Casella. Teoria estymacji punktowej. Springer Science & Business Media, 2006.

Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.