Вывод нормализующего преобразования для GLM


15

Как нормализует преобразование A ( ⋅ ) = ∫ d uВ 1 / 3 ( μ )A(⋅)=∫duV1/3(μ) для экспоненциального семейства получен?

Более конкретно : я пытался следовать расширительному эскизу Тэйлор на странице 3, слайд- здесь , но есть несколько вопросов. С ИксX из экспоненциального семейства, преобразованием ч ( х )h(X) и κ яκi обозначающим я т чith кумулянт, слайды утверждают, что: κ 3 ( h ( ˉ X ) ) ≈ h ′ ( μ ) 3 κ 3 ( ˉ X )N 2 +3h′(μ)2h″(μ)σ4N +O(N-3),

κ3(h(X¯))≈h′(μ)3κ3(X¯)N2+3h′(μ)2h′′(μ)σ4N+O(N−3),
и остается просто найти ч ( х )h(X) такой, что приведенное выше значение равно 0.
  1. Мой первый вопрос об арифметике: у моего расширения Тейлора разные коэффициенты, и я не могу оправдать, что они отбросили многие из терминов.

    Так как  h ( x )≈ h ( μ ) + h ′ ( μ ) ( x - μ ) + h ″ ( x )2 (x-μ)2, имеем:h( ˉ X )-h( u )≈ h ′ ( u ) ) ( ˉ X - μ ) + h ″ ( x )2 ( ˉ X -μ)2E(h( ˉ X )-h(u))3≈ h ′ ( μ ) 3 E ( ˉ X - μ ) 3 + 32 h′(μ)2h″(μ)E( ˉ X -μ)4+34 h′(μ)h″(μ)2E( ˉ X -μ)5+18 ч″(μ)3E( ˉ X -μ)6.

    Since h(x)h(X¯)−h(u)E(h(X¯)−h(u))3≈h(μ)+h′(μ)(x−μ)+h′′(x)2(x−μ)2, we have:≈h′(u))(X¯−μ)+h′′(x)2(X¯−μ)2≈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.

    Я могу получить нечто подобное, заменив центральные моменты их кумулянтными эквивалентами, но это все равно не складывается.

  2. Второй вопрос: почему анализ начинается с ˉ XX¯ вместо ИксX , количества, которое нас действительно волнует?


Вы , кажется, несколько раз , когда вы имеете в видуу uμμ
— Glen_b -Reinstate Монику

Ответы:


2

Слайды, на которые вы ссылаетесь, несколько сбивают с толку, пропуская шаги и делая несколько опечаток, но в конечном итоге они верны. Это поможет ответить сначала на вопрос 2, затем на 1, а затем, наконец, вывести симметризующее преобразование .A ( u ) = ∫ u - ∞ 1[ V ( θ ) ] 1 / 3 dθA(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθ

Вопрос 2. Мы анализируем как среднее значение выборки размера из случайных величин . Это важная величина, потому что в науке постоянно происходит выборка одного и того же распределения и выборка среднего. Мы хотим знать, насколько близко к истинному среднему значению . Центральная предельная теорема говорит, что она будет сходиться к как но мы хотели бы знать дисперсию и асимметрию .ˉ ХX¯ НNХ1,. , , ,XNX1,...,XN ˉ XX¯ μμμμN→∞N→∞ ˉ XX¯

Вопрос 1. Ваше приближение ряда Тейлора не является неправильным, но мы должны быть осторожны, отслеживая сравнении с и степенями чтобы прийти к тому же выводу, что и слайды. Мы начнем с определений и центральных моментов и выведем формулу для :ˉ XX¯ XiXiNN ˉ XX¯ XiXiκ3(h( ˉ X ))κ3(h(X¯))

ˉ X =1N ∑ N i = 1 XiX¯=1N∑Ni=1Xi

E[Xi]=μE[Xi]=μ

V(Xi)=E[(Xi−μ)2]=σ2V(Xi)=E[(Xi−μ)2]=σ2

κ3(Xi)=E[(Xi−μ)3]κ3(Xi)=E[(Xi−μ)3]

Теперь центральные моменты :ˉXX¯

E[ˉX]=1N∑Ni=1E[Xi]=1N(Nμ)=μE[X¯]=1N∑Ni=1E[Xi]=1N(Nμ)=μ

V(ˉX)=E[(ˉX−μ)2]=E[((1NN∑i=1Xi)−μ)2]=E[(1NN∑i=1(Xi−μ))2]=1N2(NE[(Xi−μ)2]+N(N−1)E[Xi−μ]E[Xj−μ])=1Nσ2V(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

Последний шаг следует, поскольку и . Возможно, это не самый простой вывод , но это тот же процесс, который мы должны сделать, чтобы найти и , где мы разбиваем произведение суммирования и подсчитываем количество слагаемых со степенями различных переменных. В приведенном выше случае было членов, которые имели вид и членов вида .E[Xi−μ]=0E[Xi−μ]=0E[(Xi−μ)2]=σ2E[(Xi−μ)2]=σ2V(ˉX)V(X¯)κ3(ˉX)κ3(X¯)κ3(h(ˉX))κ3(h(X¯))NN(Xi−μ)2(Xi−μ)2N(N−1)N(N−1)(Xi−μ)(Xj−μ)(Xi−μ)(Xj−μ)

κ3(ˉX)=E[(ˉX−μ)3)]=E[((1NN∑i=1Xi)−μ)3]=E[(1NN∑i=1(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)N2κ3(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

Далее мы расширим в серии Тейлора, как у вас есть:h(ˉX)h(X¯)

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

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

Приложив больше усилий, вы можете доказать, что остальные термины являются . Наконец, так как , (что не совпадает с ), мы снова проводим аналогичные вычисления:O(N−3)O(N−3)κ3(h(ˉX))=E[(h(ˉX)−E[h(ˉX)])3]κ3(h(X¯))=E[(h(X¯)−E[h(X¯)])3]E[(h(ˉX)−h(μ))3]E[(h(X¯)−h(μ))3]

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

Нас интересуют только термины, приводящие к порядку , и с дополнительной работой вы можете показать, что вам не нужны термины " «или» »перед тем, как взять третью степень, так как они приведут только к порядку . Итак, упрощая, мы получаемO(N−2)O(N−2)O((ˉX−μ)3)O((X¯−μ)3)−O(N−2)−O(N−2)O(N−3)O(N−3)

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

Я отбросил некоторые термины, которые были явно в этом продукте. Вы должны убедить себя , что термины и являются также. Тем не мение,O(N−3)O(N−3)E[(ˉX−μ)5]E[(X¯−μ)5]E[(ˉX−μ)6]E[(X¯−μ)6]O(N−3)O(N−3)

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

Затем, распределяя ожидание по нашему уравнению для , получимκ3(h(ˉX))κ3(h(X¯))

κ3(h(ˉX))=h′(μ)3E[(ˉX−μ)3]+32h′(μ)2h″(μ)E[(ˉX−μ)4]−32h′(μ)2h″(μ)E[(ˉX−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)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)

На этом завершается вывод . Теперь, наконец, мы выведем преобразование симметризации .κ3(h(ˉX))κ3(h(X¯))A(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθA(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθ

Для этого преобразования важно, чтобы принадлежало экспоненциальному семейству распределений и, в частности, естественному экспоненциальному семейству (или оно было преобразовано в это распределение) в формеXiXifXi(x;θ)=h(x)exp(θx−b(θ))fXi(x;θ)=h(x)exp(θx−b(θ))

В этом случае кумулянты распределения задаются как . Итак, , и . Мы можем записать параметр как функцию от просто взяв обратную величину от , записав . потомκk=b(k)(θ)κk=b(k)(θ)μ=b′(θ)μ=b′(θ)σ2=V(θ)=b″(θ)σ2=V(θ)=b′′(θ)κ3=b‴(θ)κ3=b′′′(θ)θθμμb′b′θ(μ)=(b′)−1(μ)θ(μ)=(b′)−1(μ)

θ′(μ)=1b″((b′)−1(μ))=1b″(θ))=1σ2θ′(μ)=1b′′((b′)−1(μ))=1b′′(θ))=1σ2

Далее мы можем записать дисперсию как функцию и вызвать эту функцию :μμˉVV¯

ˉV(μ)=V(θ(μ))=b″(θ(μ))V¯(μ)=V(θ(μ))=b′′(θ(μ))

потом

ddμˉV(μ)=V′(θ(μ))θ′(μ)=b‴(θ)1σ2=κ3σ2ddμV¯(μ)=V′(θ(μ))θ′(μ)=b′′′(θ)1σ2=κ3σ2

Таким образом, как функция , .μμκ3(μ)=ˉV′(μ)ˉV(μ)κ3(μ)=V¯′(μ)V¯(μ)

Теперь для симметрирующего преобразования мы хотим уменьшить асимметрию , сделав так что равно . Таким образом, мы хотимh(ˉX)h(X¯)h′(μ)3κ3(Xi)N2+3h′(μ)2h″(μ)σ4N2=0h′(μ)3κ3(Xi)N2+3h′(μ)2h′′(μ)σ4N2=0h(ˉX)h(X¯)O(N−3)

h′(μ)3κ3(Xi)+3h′(μ)2h″(μ)σ4=0

Подставляя наши выражения для и как функции от , мы имеем:σ2κ3μ

h′(μ)3ˉV′(μ)ˉV(μ)+3h′(μ)2h″(μ)ˉV(μ)2=0

Таким образом, , что приводит к .h′(μ)3ˉV′(μ)+3h′(μ)2h″(μ)ˉV(μ)=0ddμ(h′(μ)3ˉV(μ))=0

Одним из решений этого дифференциального уравнения является:

h′(μ)3ˉV(μ)=1 ,

h′(μ)=1[ˉV(μ)]1/3

Итак, , для любой константы, . Это дает нам преобразование симметризации , где - дисперсия как функция среднего в естественном экспоненциальном семействе.h(μ)=∫μc1[ˉV(θ)]1/3dθcA(u)=∫u−∞1[V(θ)]1/3dθV


1

◼ 1.Почему я не могу получить тот же результат путем аппроксимации в терминах нецентральных моментов а затем вычислю центральные моменты используя аппроксимирующие нецентральные моменты?EˉXkE(ˉX−EˉX)k

Потому что вы произвольно меняете деривацию и отбрасываете остаточный член, что важно. Если вы не знакомы с большой буквой O и соответствующими результатами, хорошим справочным материалом является [Casella & Lehmann].

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

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

Но даже если вы не отбрасываете остаток, утверждая, что вы всегда делаете (что недопустимо ...), выполните следующий шаг: говорит, чтоN→∞\E(h(ˉX)−h(u))3≈h′(μ)3\E(ˉX−μ)3+32h′(μ)2h″(μ)\E(ˉX−μ)4+34h′(μ)h″(μ)2\E(ˉX−μ)5+18h″(μ)3\E(ˉX−μ)6.(1)

∫[h(x)−h(x0)]3dx=∫[h′(x0)(x−x0)+12h″(x0)(x−x0)2+O((x−x0)3)]3dx=(1)

если это все еще не ясно, мы можем видеть, что алгебра расширения подынтегральной функции имеет вид

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

Пусть , ,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)

Ваша ошибка состоит в том, чтобы опустить остаток до раскрытия, что является «классической» ошибкой в ​​больших O-обозначениях и позже стало критикой использования больших O-обозначений.

◼ анализ начинается с вместо , количество, которое нас действительно волнует?ˉXX

Поскольку мы хотим основывать наш анализ на достаточной статистике экспоненциальной модели, которую мы вводим. Если у вас есть образец размера 1, то нет никакой разницы, анализируете ли вы с помощью ИЛИ .ˉX=1n∑ni=1XiX1

Это хороший урок в большой нотации, хотя это не относится к GLM ...

Ссылка [Casella & Lehmann] Lehmann, Erich Leo и George Casella. Теория балльной оценки. Springer Science & Business Media, 2006.

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.