Меры сходства или расстояния между двумя ковариационными матрицами


28

Существуют ли меры сходства или расстояния между двумя симметричными ковариационными матрицами (обе имеют одинаковые размеры)?

Я имею в виду аналоги KL-расходимости двух вероятностных распределений или евклидова расстояния между векторами, за исключением примененных к матрицам. Я предполагаю, что было бы довольно много измерений подобия.

В идеале я также хотел бы проверить нулевую гипотезу о том, что две ковариационные матрицы идентичны.


3
ответы на этот вопрос: quant.stackexchange.com/q/121/108 могут быть полезны .
— Шаббычеф

2
отличный вопрос и ответ по ссылке - спасибо - да, это то, куда я направлялся :)
— Рам Ахлувалия

Ответы:


21

Вы можете использовать любую из норм (см. Википедию по различным нормам; обратите внимание, что квадратный корень из суммы квадратов расстояний, \ sqrt {\ sum_ {i, j} (a_ {ij} -b_ {ij}) ^ 2} , называется нормой Фробениуса и отличается от нормы L_2 , которая является корнем квадратным из наибольшего собственного значения (AB) ^ 2 , хотя, конечно, они будут генерировать ту же топологию). Расстояние KL между двумя нормальными распределениями с одинаковыми средними (скажем, нулем) и двумя конкретными ковариационными матрицами также доступно в Википедии как \ frac12 [\ mbox {tr} (A ^ {- 1} B) - \ mbox {ln } (| B | / | A |)] .‖A−B‖p L2(A-B)2∑i,j(aij−bij)2L2(A−B)212[tr(A−1B)−ln(|B|/|A|)]

Редактировать: если одна из матриц является подразумеваемой матрицей, а другая - образцом ковариационной матрицы, то, конечно, вы можете сформировать критерий отношения правдоподобия между ними. Моя личная любимая коллекция таких тестов для простых структур дана в Rencher (2002) Methods of Multitivariate Analysis . Более сложные случаи рассматриваются в моделировании ковариационных структур, на котором разумной отправной точкой является Боллен (1989) Структурные уравнения со скрытыми переменными .


у меня есть проблема с : он не дает одинаковое значение, если вы переставляете и (реальное расстояние должно быть симметричным). 1/2(tr(A−1B)−log⁡(|B|/|A|)) БAB
— user603

у меня есть проблема с : это не аффинно-эквивариантно (если вы вращаете матрицы, там изменения расстояния!). Кроме того, вы должны как-то масштабировать свои матрицы (они могут быть измерены в очень разных единицах), также, естественно, требовать, чтобы расстояние между двумя ковариационными матрицами было таким же, как расстояние между соответствующими матрицами корреляции: поэтому я предлагаю . (A−B)2(Adet(A)−1/p−Bdet(B)−1/p)2
— user603

2
Во-первых, KL не является реальным расстоянием, и это хорошо известный факт. Во-вторых, если матрицы измеряются в разных единицах, они не могут быть равны.
— StasK

Является ли расстояние KL похожим на отношение правдоподобия, или они связаны?
— hashmuke

7

Обозначим и ваши матрицы обеих размерностей .Σ 2 рΣ1Σ2p

  1. Cond number: где ( ) - это наибольшее (наименьшее) собственное значение , где определяется как: λ 1 λ р Σ * Σ * Σ * : = Σ - 1 / 2 1 Σ 2 Σ - 1 / 2 1log⁡(λ1)−log⁡(λp)λ1λpΣ∗Σ∗Σ∗:=Σ1−1/2Σ2Σ1−1/2

Изменить: я отредактировал второе из двух предложений. Я думаю, что неправильно понял вопрос. Предложение, основанное на номерах условий, часто используется в надежной статистике для оценки качества соответствия. Старый источник, который я мог найти для этого:

Yohai, VJ and Maronna, RA (1990). Максимальный уклон робастных ковариаций. Сообщения в статистике - теория и методика, 19, 3925–2933.

Первоначально я включил показатель отношения Det:

  1. Коэффициент : где .Σ ∗ ∗ =(Σ1+Σ2)/2log⁡(det(Σ∗∗)/det(Σ2)∗det(Σ1))Σ∗∗=(Σ1+Σ2)/2

это будет расстояние Бхаттачарьи между двумя гауссовыми распределениями, имеющими один и тот же вектор местоположения. Я, должно быть, первоначально прочитал вопрос как относящийся к обстановке, где две ковариации исходили из выборок из популяций, предположительно имеющих одинаковые средние значения.


7

Мера, введенная Хердином (2005), «Расстояние корреляционной матрицы, значимая мера для оценки нестационарных каналов MIMO» : где нормой является норма Фробениуса.

d=1−tr(R1⋅R2)‖R1‖⋅‖R2‖,


+1. Большое спасибо за этот ответ, это было очень полезно для меня.
— говорит амеба: восстанови Монику

1
Это один минус косинус сходство, верно?
— Firebug

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.