Jeśli przed wiarygodnym przedziałem czasowym jest płaski, czy 95% przedział ufności jest równy 95% przedziałowi wiarygodności?


31

Jestem bardzo nowy w statystykach bayesowskich i może to być głupie pytanie. Niemniej jednak:

Rozważ wiarygodny interwał z uprzednim, który określa jednolity rozkład. Na przykład od 0 do 1, gdzie 0 do 1 reprezentuje pełny zakres możliwych wartości efektu. Czy w takim przypadku 95% przedział wiarygodności byłby równy 95% przedziałowi ufności?

Odpowiedzi:


23

Wiele częstych przedziałów ufności (CI) opiera się na funkcji prawdopodobieństwa. Jeśli poprzednia dystrybucja jest naprawdę nieinformacyjna, to późniejszy bayesowski ma zasadniczo te same informacje, co funkcja prawdopodobieństwa. W związku z tym w praktyce przedział prawdopodobieństwa Bayesa (lub przedział wiarygodny) może być bardzo podobny liczbowo do częstego przedziału ufności. [Oczywiście, nawet jeśli pod względem liczbowym są podobne, istnieją filozoficzne różnice w interpretacji między oszacowaniami interwałowymi a bayesowskimi.]

Oto prosty przykład oszacowania prawdopodobieństwa sukcesu dwumianowego θ. Załóżmy, że mamy n=100 obserwacji (prób) z X=73 sukcesów.

Częstościowym: Tradycyjne Wald przedział zastosowania estymacja punktowa θ = X / n = 73 / 100 = 0,73. A 95% CI w postaci θ ± 1,96 √θ^=X/n=73/100=0,73.

θ^±1,96θ^(1-θ^)n,
co oblicza do(0,643,0,817).
n = 100;  x = 73;  th.w = x/n;  pm = c(-1,1)
ci.w = th.w + pm*1.96*sqrt(th.w*(1-th.w)/n);  ci.w
[1] 0.6429839 0.8170161

Ta forma CI zakłada, że ​​odpowiednie rozkłady dwumianowe mogą być aproksymowane przez normalne, a margines błędu jest dobrze przybliżony przez W szczególności dla małych założenia te nie muszą być prawdziwe. [Przypadki, w których lub są szczególnie problematyczne.] √θ(1-θ)/nn,X=0X=nθ^(1−θ^)/n.n,X=0X=n

Wykazano, że Agresti-Coull CI ma bardziej dokładne prawdopodobieństwo pokrycia. Ten przedział „dodaje dwa sukcesy i dwa niepowodzenia” jako sposób na zbliżenie prawdopodobieństwa pokrycia do 95%. Zaczyna się od oszacowania punktowego gdzie ˜ n + 4. Następnie 95% CI ma postać ˜ θ ± 1,96 √θ~=(X+2)/n~,n~+4. co oblicza do(0,612,0,792). Dlan>100i0,3<~θ<0,7,różnica pomiędzy tymi dwoma stylów przedziałów ufności jest prawie bez znaczenia.

θ~±1.96θ~(1−θ~)n~,
(0.612,0.792).n>1000.3<θ~<0.7,
ci.a = th.a + pm*1.96*sqrt(th.a*(1-th.a)/n);  ci.a
[1] 0.6122700 0.7915761

Bayesian: Jednym z popularnych nieinformacyjnych uprzednich w tej sytuacji jest Funkcja prawdopodobieństwa jest proporcjonalna do θ x ( 1 - θ ) n - x . Mnożąc jądra wcześniejszego i prawdopodobieństwa, mamy jądro rozkładu tylnego B e t a ( x + 1 ,Beta(1,1)≡Unjafa(0,1).θx(1-θ)n-x.bmitza(x+1,n-x+1).

Następnie 95% oszacowanie przedziału Bayesa wykorzystuje kwantyle 0,025 i 0,975 rozkładu tylnego, aby uzyskać Gdy wcześniejszy rozkład jest „płaski” lub „nieinformacyjny”, różnica liczbowa między przedziałem prawdopodobieństwa Bayesa a przedziałem ufności Agresti-Coull jest niewielka.(0,635,0,807).

qbeta(c(.025, .975), 74, 28)
[1] 0.6353758 0.8072313

Uwagi: (a) W tej sytuacji niektórzy Bayesiści wolą nieinformacyjne wcześniejsze (b) W przypadku poziomów ufności innych niż 95%, Agresti-Coull CI stosuje nieco inne oszacowanie punktowe. (c) W przypadku danych innych niż dwumianowy może nie być wcześniej dostępnego „płaskiego”, ale można wybrać przeora z dużą wariancją (mała precyzja), który przenosi bardzo mało informacji. (d) Aby uzyskać więcej informacji na temat CI CI Agresti-Coull, wykresów prawdopodobieństwa pokrycia i niektórych odniesień, być może zobacz także te pytania i odpowiedzi .bmitza(.5,.5).


10

Odpowiedź BruceET jest doskonała, ale dość długa, dlatego oto krótkie praktyczne podsumowanie:

  • jeśli przeor jest płaski, prawdopodobieństwo i tył mają ten sam kształt
  • odstępy nie zawsze są jednakowe, ponieważ są skonstruowane na różne sposoby. Standardowy bayesowski 90% CI pokrywa środkową 90% tylnej części ciała. Częstotliwość CI jest zwykle definiowana przez punktowe porównanie (patrz odpowiedź BruceET). W przypadku nieograniczonego parametru lokalizacji (np. Oszacowanie średniej rozkładu normalnego) różnica jest zwykle niewielka, ale jeśli oszacujesz parametr ograniczony (np. Średnią dwumianową) blisko granic (0/1), różnice mogą być znaczne.
  • oczywiście interpretacja też jest inna, ale interpretuję to pytanie głównie jako „kiedy wartości będą takie same?”

9

Chociaż można rozwiązać wcześniej, co da wiarygodny przedział równy częstemu przedziałowi ufności, ważne jest, aby zdać sobie sprawę z tego, jak wąski jest zakres zastosowania. Cała dyskusja zakłada, że ​​wielkość próby została ustalona i nie jest zmienną losową. Zakłada się, że dane były tylko jednym spojrzeniem, a wnioskowanie sekwencyjne nie zostało wykonane. Zakłada się, że istniała tylko jedna zmienna zależna i żadne inne parametry nie były interesujące. Tam, gdzie występują wielokrotności, przedziały bayesowskie i częste są rozbieżne (prawdopodobieństwa bayesowskie późniejsze są w trybie predykcyjnym w czasie do przodu i nie muszą rozważać „jak się tu dostaliśmy”, a zatem nie mają możliwości ani potrzeby dostosowywania się do wielu wyglądów). Dodatkowo,


Co to znaczy być w „trybie predykcyjnym czasu do przodu” i dlaczego nie musimy brać pod uwagę efektów selekcji lub krotności?
— badmax,

1
Zobacz to . Pomyśl o prognozowaniu zwycięzcy meczu piłki nożnej w miarę postępu gry. Twoje obecne prawdopodobieństwo, że drużyna x wygra grę, może całkowicie zignorować twoje wcześniejsze prognozy. Ale jeśli pracujesz w trybie dla częstych, będziesz musiał wyobrazić sobie cały czas, gdy twoja drużyna przegrywa grę i weź pod uwagę ekstremalne wyniki we wszystkich punktach gry, w których zwykle robisz prognozy. Wielokrotności wynikają z prawdopodobieństwa, że ​​dane są ekstremalne, a to uwzględnia tylko częste obliczenia.
— Frank Harrell,

6

Prawdopodobieństwo ≠ Bayesian z płaskim przeorem

Funkcja prawdopodobieństwa i związany z nią przedział ufności nie są takie same (pojęcie), jak prawdopodobieństwo bayesowskie a posteriori skonstruowane za pomocą uprzedniego, który określa rozkład równomierny.

W części 1 i 2 tej odpowiedzi argumentowane jest, dlaczego prawdopodobieństwo nie powinno być postrzegane jako tylne prawdopodobieństwo Bayesa oparte na wcześniejszym płaskim.

W części 3 podano przykład, w którym przedział ufności i przedział wiarygodności są bardzo różne. Wskazano również, w jaki sposób powstaje ta rozbieżność.

1 Inne zachowanie podczas transformacji zmiennej

Prawdopodobieństwa przekształcają się w określony sposób . Znając rozkład rozkładu prawdopodobieństwa fax(x) znamy również rozkład faξ(ξ) dla zmiennej ξ zdefiniowanej przez dowolną funkcję x=χ(ξ) , zgodnie z regułą transformacji:

faξ(ξ)=fax(χ(ξ))reχreξreξ

Jeśli transformujesz zmienną, wówczas średnia i tryb mogą się różnić z powodu tej zmiany funkcji rozkładu. Oznacza to x¯≠χ(ξ¯) i xmaxfa(x)≠χ(ξmaxfa(ξ)) .

Funkcja wiarygodności nie przekształca się w ten sposób . Jest to kontrast między funkcją prawdopodobieństwa a prawdopodobieństwem późniejszym. Funkcja (maksimum) prawdopodobieństwa pozostaje taka sama po przekształceniu zmiennej.

L.ξ(ξ)=L.x(χ(ξ))

Związane z:

  • Mieszkanie przeora jest niejednoznaczne . To zależy od formy konkretnej statystyki.

    Na przykład, jeżeli X jest jednolita rozdzielone (na przykład U(0,1)) , a X2) jest nie zmienna jednolity rozdzielone.

    Nie ma jednego mieszkania przed którym można by powiązać funkcję Prawdopodobieństwa. Jest inaczej, gdy definiujesz mieszkanie przed X lub jakąś zmienioną zmienną, taką jak X2) . Dla prawdopodobieństwa ta zależność nie istnieje.

  • Granice prawdopodobieństwa (przedziały wiarygodności) będą się różnić po przekształceniu zmiennej (w przypadku funkcji wiarygodności tak nie jest) . Np. Dla niektórych parametrów za i transformacji monotonicznej fa(za) (np. Logarytm) otrzymujesz równoważne przedziały prawdopodobieństwa

    zamin<za<zamaxfa(zamin)<fa(za)<fa(zamax)

2 Inna koncepcja: przedziały ufności są niezależne od wcześniejszych

Xθθθ

θxjaX

  • θ
  • Kontrastuje to z funkcją prawdopodobieństwa i przedziałem ufności, które są niezależne od wcześniejszego rozkładu.

Przedział ufności nie wykorzystuje informacji o przejęciu, podobnie jak przedział wiarygodności (zaufanie nie jest prawdopodobieństwem).

x

W przypadku wiarygodnego okresu koncepcja ta (x

3 Różnica między zaufaniem a wiarygodnymi przedziałami

λx¯n

L.(λ,x¯,n)=nn(n-1)!xn-1λnmi-λnx¯

nλx¯x¯+rex

λ0∞0101

n=4

różnica między przedziałami wiarygodności i pewności

Granice są tworzone, uzyskując (jednowymiarową) funkcję rozkładu skumulowanego. Ale integracja / kumulacja może odbywać się w dwóch kierunkach .

Różnica między interwałami występuje, ponieważ obszary 5% są tworzone na różne sposoby.

  • λx¯λ

    λx¯

  • λx¯

    x¯λλλ

    x¯λ

Przypadek, w którym przedział ufności i przedział wiarygodności (oparty na niewłaściwym wcześniejszym czasie) pokrywają się, służy do oszacowania średniej zmiennej rozproszonej Gaussa (rozkład jest zilustrowany tutaj: https://stats.stackexchange.com/a/351333/164061 ).

Oczywisty przypadek, w którym przedział ufności i przedział wiarygodności nie pokrywają się, jest zilustrowany tutaj ( https://stats.stackexchange.com/a/369909/164061 ). Przedział ufności dla tego przypadku może mieć jedną lub nawet obie (górne / dolne) granice w nieskończoności.


2
Nie mów o tym, czy wiarygodny przedział zawiera prawdziwy parametr. Wiarygodnym interwałem jest stwierdzenie prawdopodobieństwa. A x% dla przedziału ufności musi wskazywać, co oznacza replikacja, tj. Jakie są „przypadki”.
— Frank Harrell,

bmitza(.5,.5)

Nie sądzę, że powiedziałem, że przy płaskim uprzedzeniu prawdopodobieństwo jest późniejsze, chociaż może tak być. Zgodnie z pisaniem odpowiedzi na poziomie wiedzy specjalistycznej OP, starałem się ostrożnie napisać pierwszy akapit mojej odpowiedzi. Czy uważasz, że to, co powiedziałem, jest w rzeczywistości złe, czy może uważasz, że może być źle interpretowane?
— BruceET,

1

Zasadniczo nie jest to prawdą, ale może się tak wydawać z powodu najczęściej rozważanych przypadków specjalnych.

X,Y∼ja.ja.re∼Mundur⁡[θ-1/2),θ+1/2)].(min{X,Y},max{X,Y})50%θ,50%

Technika warunkowania Fishera w statystyce pomocniczej daje w tym przypadku przedział ufności, który pokrywa się z tym wiarygodnym przedziałem.


0

Z mojej lektury pomyślałem, że to stwierdzenie jest prawdziwe asymptotycznie, tj. Dla dużej wielkości próby i jeśli ktoś używa nieinformacyjnego uprzedniego.

Prosty przykład liczbowy wydaje się to potwierdzać - 90% przedziały maksymalnego prawdopodobieństwa profilu i 90% wiarygodne przedziały dwumianowego GLM ML i dwumianowego GLM Bayesa są w rzeczywistości praktycznie identyczne n=1000, chociaż rozbieżność byłaby większa dla małych n:

# simulate some data
set.seed(123)
n = 1000                     # sample size
x1 = rnorm(n)                # two continuous covariates 
x2 = rnorm(n)
z = 0.1 + 2*x1 + 3*x2        # predicted values on logit scale
y = rbinom(n,1,plogis(z))    # bernoulli response variable
d = data.frame(y=y, x1=x1, x2=x2)

# fit a regular GLM and calculate 90% confidence intervals
glmfit = glm(y ~ x1 + x2, family = "binomial", data = d)
library(MASS)
# coefficients and 90% profile confidence intervals :
round(cbind(coef(glmfit), confint(glmfit, level=0.9)), 2) 
#                      5 % 95 %
#   (Intercept) 0.00 -0.18 0.17
# x1            2.04  1.77 2.34
# x2            3.42  3.05 3.81

# fit a Bayesian GLM using rstanarm
library(rstanarm)
t_prior = student_t(df = 3, location = 0, scale = 100) # we set scale to large value to specify an uninformative prior
bfit1 = stan_glm(y ~ x1 + x2, data = d, 
                 family = binomial(link = "logit"), 
                 prior = t_prior, prior_intercept = t_prior,  
                 chains = 1, cores = 4, seed = 123, iter = 10000)
# coefficients and 90% credible intervals :
round(cbind(coef(bfit1), posterior_interval(bfit1, prob = 0.9)), 2) 
#                        5%  95%
#   (Intercept) -0.01 -0.18 0.17
# x1             2.06  1.79 2.37
# x2             3.45  3.07 3.85


# fit a Bayesian GLM using brms
library(brms)
priors = c(
  prior(student_t(3, 0, 100), class = "Intercept"),
  prior(student_t(3, 0, 100), class = "b")
)
bfit2 = brm(
  y ~ x1 + x2,
  data = d,
  prior = priors,
  family = "bernoulli",
  seed = 123 
) 
# coefficients and 90% credible intervals :
summary(bfit2, prob=0.9)
# Population-Level Effects: 
#           Estimate Est.Error l-90% CI u-90% CI Eff.Sample Rhat
# Intercept    -0.01      0.11    -0.18     0.18       2595 1.00
# x1            2.06      0.17     1.79     2.35       2492 1.00
# x2            3.45      0.23     3.07     3.83       2594 1.00


# fit a Bayesian GLM using arm
library(arm)
# we set prior.scale to Inf to specify an uninformative prior
bfit3 = bayesglm(y ~ x1 + x2, family = "binomial", data = d, prior.scale = Inf) 
sims = coef(sim(bfit3, n.sims=1000000))
# coefficients and 90% credible intervals :
round(cbind(coef(bfit3), t(apply(sims, 2, function (col) quantile(col,c(.05, .95))))),2)
#                       5%  95%
#   (Intercept) 0.00 -0.18 0.17
# x1            2.04  1.76 2.33
# x2            3.42  3.03 3.80

Jak widać w powyższym przykładzie, dla n=100090% przedziałów ufności profilu dwumianowego GLM są praktycznie identyczne z 90% wiarygodnymi przedziałami dla dwumianowego GLM Bayesa (różnica jest również w granicach stosowania różnych nasion i różnych liczby iteracji w atakach bayesowskich, a dokładnej równoważności nie można również uzyskać, ponieważ podanie 100% nieinformacyjnego uprzedniego nie jest również możliwe za pomocą rstanarmlub brms).

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.