Процентные функции потери


11

Решение проблемы:

minmE[|m−X|]

Хорошо известно, что это медиана , но как выглядит функция потерь для других процентилей? Пример: 25-й процентиль X является решением для:X

minmE[L(m,X)]

Что такое L в этом случае?

Ответы:


12

Позвольте I быть индикаторной функцией: она равна 1 для истинных аргументов и 0 противном случае. Выберите 0<α<1 и установите

Λα(x)=αxI(x≥0)−(1−α)xI(x<0).

фигура

Эта фигура строит Λ1/5 . Он использует точное соотношение сторон, чтобы помочь вам измерить уклоны, которые равны −4/5 на левой стороне и +1/5 на правой. В этом случае экскурсии выше 0 сильно снижены по сравнению с экскурсиями ниже 0 .

Это естественная функция, которую нужно попробовать, потому что она взвешивает значения x которые превышают 0 другому, чем0x , которые меньше . Давайте вычислим связанный убыток и затем оптимизируем его.0

Запись F для функции распределения L α ( m , x ) = Λ α ( x - m )X и установка , вычислитьLα(m,x)=Λα(x−m)

EF(Lα(m,X))=∫RΛα(x−m)dF(x)=α∫RI(x≥m)(x−m)dF(x)−(1−α)∫R(x−m)I(x<m)dF(x)=α∫m∞(x−m)dF(x)−(1−α)∫−∞m(x−m)dF(x).

фигура 2

Поскольку на этой иллюстрации изменяется со стандартным нормальным распределением , общая взвешенная по вероятности область . (Кривая - это график .) Правый график дляF Λ 1 / 5 Λ 1 / 5 ( х - т ) д Р ( х ) м = 0 Е Р ( L 1 / 5 ( м , Х ) )mFΛ1/5Λ1/5(x−m)dF(x)m=0 наиболее четко показывает эффект уменьшения положительных значений, поскольку без этого уменьшения график будет быть симметричным относительно происхождения. Средний график показывает оптимальное значение, когда общее количество синих чернил (представляющее ) настолько мало, насколько это возможно.EF(L1/5(m,X)) 

Эта функция дифференцируема, и поэтому ее экстремумы можно найти путем проверки критических точек. Применение правила цепочки и основной теоремы исчисления для получения производной поm дает

∂∂mEF(Lα(m,X))=α(0−∫m∞dF(x))−(1−α)(0−∫−∞mdF(x))=F(m)−α.

Для непрерывных распределений это всегда имеет решение , который, по определению, представляет собой любой - квантиль . Для не непрерывных распределений это может не иметь решения, но будет хотя бы один для которого для всех и для всех : это также (по определению) является квантилемα X m F ( x ) - α < 0 x < m F ( x ) - α ≥ 0 x ≥ m α XmαXmF(x)−α<0x<mF(x)−α≥0x≥mαX .

Наконец, поскольку и , ясно, что ни ни не уменьшат эту потерю. Это исчерпывает проверку критических точек, показывая, чтоα ≠ 1 m → - ∞ m → ∞ Λ αα≠0α≠1m→−∞m→∞Λα отвечает всем требованиям.

Как особый случай, - это потери, проявленные в вопрос.EF(2L1/2(m,X))=EF(|m−x|)


Я высоко ценю усилия, которые вы приложили, чтобы показать ожидаемые потери, которые минимизированы правильной точкой . Мне было интересно, как сделать это самому для моего собственного ответа, но ваше объяснение хорошо. (+1)m

2
Вы доказали, что картинки стоят 1000 слов. Спасибо @whuber =)
— Cam.Davidson.Pilon

8

В этой статье есть ваш ответ. Чтобы быть конкретным, Функция потерь может быть интерпретирована как «уравновешивание» различных областей вероятности массы около посредством вычитания . Для медианы эти массовые области равны: делая функцию потерь пропорциональной (в ожидании, что константа пренебрежимо мала) в что дает желаемое заключение для медианы.0,25 0,25 - 1 { X > м } L 0,5 ( м , Х ) = | ( Х - м ) ( 0,5 - 1 { Х > м } ) |

L0.25(m,X)=|(X−m)(0.25−1{X>m})|.
0.250.25−1{X>m}| X - м | ,
L0.5(m,X)=|(X−m)(0.5−1{X>m})|=|(X−m)×±0.5|,
|X−m|,

(+1) Молодец! - не было очевидно, где искать эту статью в Википедии; Вы должны были думать о квантильной регрессии.
— whuber

Спасибо, Матвей, это отличная находка. Мне нравится балансировка интерпретации
— Cam.Davidson.Pilon

Я до сих пор не понимаю, Откуда это? Если X выше квантиля, получает вес 0,75, в противном случае 0,25? Просто это? ( Х - м )|(0.25)−1X>m)|(X−m)
— IcannotFixThis
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.