Вывод нормального желтоватого покрова


11

Я работаю над выводом апостола Normal-Wishart, но я застрял на одном из параметров (апостериор матрицы шкалы, см. Внизу).

Просто для контекста и полноты, вот модель и остальные выводы:

xi∼N(μ,Λ)μ∼N(μ0,(κ0Λ)−1)Λ∼W(υ0,W0)

Расширенные формы каждого из трех факторов (с точностью до константы пропорциональности):

  • Вероятность:

    N(xi|μ,Λ)∝|Λ|N/2exp⁡(−12∑i=1N(xiTΛxi−2μTΛxi+μTΛμ))
  • Обычный приоритет:

    N(μ|(μ0,κ0Λ)−1)∝|Λ|1/2exp⁡(−12(μTκ0Λμ−2μTκ0Λμ0+μ0Tκ0Λμ0))
  • Wishart до:

    W(Λ|υ0,W0)∝|Λ|υ0−D−12exp⁡(−12tr(W0−1Λ))

Нам нужен задний Normal-Wishart ( ), который можно разложить как также как :N ( μ | μ , κ ′ Λ ) W ( Λ | υ ′ , W ′ )μ,Λ|μ′,κ′,υ′,W′N(μ|μ,κ′Λ)W(Λ|υ′,W′)

Депрессия свободыυ′

Объединяя первые факторы вероятности и Wishart, мы получаем первый фактор фактора Wishart в апостериорном порядке: и, следовательно, у нас есть первый параметр апостериора: υ′=υ0+N

|Λ|υ0+N−D−12
υ′=υ0+N

Масштабный коэффициентκ′

Мы определяем элементы, окруженные и чтобы кто из предшествующих обновляется по вероятности: и поэтому мы получили второй параметр: μ κ 0 Λ μ T ( ( κ 0 + N ) Λ ) μμTμκ0Λ

μT((κ0+N)Λ)μ
κ′=κ0+N

Meanμ′

Третий параметр связан с определением содержимого : И поэтому мы получили третий параметр: 2 μ T ( Λ N ¯2μT...

2μT(ΛNx¯+κ0Λμ0)=2μTκ′Λμ′(ΛNx¯+κ0Λμ0)=κ′Λμ′(Nx¯+κ0μ0)=κ′μ′
μ′=1k′(Nx¯+κ0μ0)

Матрица шкалыW′

И четвертый параметр получается из работы с оставшимися параметрами:

tr(W′−1Λ)=tr(W0−1Λ)+∑i=1NxiTΛxi+μ0Tκ0Λμ0=tr(W0−1Λ)+∑i=1Ntr(xiTΛxi)+tr(μ0Tκ0Λμ0)=tr(W0−1Λ+∑i=1NxiTΛxi+μ0Tκ0Λμ0)

Как пойти дальше (если я до сих пор не ошибся) и получить стандартное решение для ?W′

Изменить 1 :

Теперь мы переставляем термины, добавляем и вычитаем некоторые факторы, чтобы получить два квадрата, как в стандартном решении:

tr(W′−1Λ)=tr(W−1Λ+∑i=1N(xiTΛxi+x¯TΛx¯−2xiTΛx¯)+κ0(μ0TΛμ0+x¯TΛx¯−2x¯TΛμ0)−∑i=1Nx¯TΛx¯+2∑i=1NxiTΛx¯−κ0x¯TΛx¯+2κ0x¯TΛμ0)=tr(W−1Λ+∑i=1N(xi−x¯)Λ(xi−x¯)T+κ0(x¯−μ0)Λ(x¯−μ0)T−Nx¯Λx¯T+2Nx¯Λx¯T−κ0x¯Λx¯T+2κ0x¯Λμ0T)

Упрощаем факторы, оставшиеся вне квадратов:

tr(W′−1Λ)=tr(W−1Λ+∑i=1N(xi−x¯)TΛ(xi−x¯)+κ0(x¯−μ0)TΛ(x¯−μ0)+(N−κ0)x¯TΛx¯+2κ0x¯TΛμ0)

Изменить 2 ( проследить за ответом @bdeonovic )

Трасса является циклической, поэтому . Тогда: а затем: t r ( W ′ - 1 Λ ) =tr(ABC)=tr(BCA)=tr(CAB)

tr(W′−1Λ)=tr(W−1Λ+∑i=1N(xi−x¯)(xi−x¯)TΛ+κ0(x¯−μ0)(x¯−μ0)TΛ+(N−κ0)x¯x¯TΛ+2κ0x¯μ0TΛ)
tr(W′−1)=tr(W−1+∑i=1N(xi−x¯)(xi−x¯)T+κ0(x¯−μ0)(x¯−μ0)T+(N−κ0)x¯x¯T+2κ0x¯μ0T)

Почти! Но все еще не там. Цель:

W−1+∑i=1N(xi−x¯)(xi−x¯)T+κ0Nκ0+N(x¯−μ0)(x¯−μ0)T

Ответы:


4

Трасса является циклической, поэтому . Также след распределяется по сложению, так что . С этими фактами вы должны иметь возможность циклически перевести термин обратно в термины трассировки, объединить термины трассировки вместе. Результат должен выглядеть примерно так:tr(ABC)=tr(BCA)=tr(CAB)tr(A+B)=tr(A)+tr(B)Λ

W′−1=W−1+∑i=1Nxixi⊺+μ0μ0⊺

благодаря! пока я не вижу, как оттуда добраться до стандартных результатов ( en.wikipedia.org/wiki/Conjugate_prior ), которые содержат и . У меня даже нет отрицательных признаков: O∑(xi−x¯)x¯−μ0
— Альберто

3

Вероятность предшествует ×

|Λ|N/2exp⁡{−12(∑i=1NxiTΛxi−Nx¯TΛμ−μTΛNx¯+NμTΛμ)}×|Λ|(ν0−D−1)/2exp⁡{−12tr(W0−1Λ)}×|Λ|1/2exp⁡{−κ02(μTΛμ−μTΛμ0−μ0TΛμ+μ0TΛμ0)}.
Это можно переписать как Мы можем переписать
|Λ|1/2|Λ|(ν0+N−D−1)/2×exp⁡{−12((κ0+N)μTΛμ−μTΛ(κ0μ0+Nx¯)−(κ0μ0+Nx¯)TΛμ+κ0μ0TΛμ0+∑i=1NxiTΛxi+tr(W0−1Λ))}
(κ0+N)μTΛμ−μTΛ(κ0μ0+Nx¯)−(κ0μ0+Nx¯)TΛμ+κ0μ0TΛμ0+∑i=1NxiTΛxi+tr(W0−1Λ)
следующим образом путем добавления и вычитания члена:
(κ0+N)μTΛμ−μTΛ(κ0μ0+Nx¯)−(κ0μ0+Nx¯)TΛμ+1κ0+N(κ0μ0+Nx¯)TΛ(κ0μ0+Nx¯)−1κ0+N(κ0μ0+Nx¯)TΛ(κ0μ0+Nx¯)+κ0μ0TΛμ0+∑i=1NxiTΛxi+tr(W0−1Λ).
Две верхние строки теперь разлагаются как
(κ0+N)(μ−κ0μ+Nx¯κ0+N)TΛ(μ−κ0μ+Nx¯κ0+N).

Добавляем и вычитаем , следующее: можно переписать как Nx¯TΛx¯

−1κ0+N(κ0μ0+Nx¯)TΛ(κ0μ0+Nx¯)+κ0μ0TΛμ0+∑i=1NxiTΛxi+tr(W0−1Λ)
∑i=1N(xiTΛxi−xiTΛx¯−x¯TΛxi+x¯TΛx¯)+Nx¯TΛx¯+κ0μ0TΛμ0−1κ0+N(κ0μ0+Nx¯)TΛ(κ0μ0+Nx¯)+tr(W0−1Λ).
Сумма суммы
∑i=1N(xiTΛxi−xiTΛx¯−x¯TΛxi+x¯TΛx¯)
равно Теперь можно расширить как
∑i=1N(xi−x¯)TΛ(xi−x¯).
Nx¯TΛx¯+κ0μ0TΛμ0−1κ0+N(κ0μ0+Nx¯)TΛ(κ0μ0+Nx¯)
Nx¯TΛx¯+κ0μ0TΛμ0−1κ0+N(κ02μ0TΛμ0+Nκ0μ0TΛx¯0+Nκ0x¯TΛμ0+N2x¯TΛx¯),
что равно
Nκ0κ0+N(x¯TΛx¯−x¯TΛμ0−μ0TΛx¯+μ0TΛμ0)=Nκ0κ0+N(x¯−μ0)TΛ(x¯−μ0).

Следующие два термина являются скалярами: И любой скаляр равен его следу, поэтому

∑i=1N(xi−x¯)TΛ(xi−x¯),Nκ0κ0+N(x¯−μ0)TΛ(x¯−μ0).
tr(W0−1Λ)+∑i=1N(xi−x¯)TΛ(xi−x¯)+Nκ0κ0+N(x¯−μ0)TΛ(x¯−μ0)
можно переписать как Поскольку , указанная сумма равна
tr(W0−1Λ)+tr(∑i=1N(xi−x¯)TΛ(xi−x¯))+tr(Nκ0κ0+N(x¯−μ0)TΛ(x¯−μ0)).
tr(ABC)=tr(CAB)
tr(W0−1Λ)+tr(∑i=1N(xi−x¯)(xi−x¯)TΛ)+tr(Nκ0κ0+N(x¯−μ0)(x¯−μ0)TΛ).
Используя тот факт, что , мы можем переписать сумму как tr(A+B)=tr(A)+tr(B)
tr(W0−1Λ+∑i=1N(xi−x¯)(xi−x¯)TΛ+Nκ0κ0+N(x¯−μ0)(x¯−μ0)TΛ)=tr((W0−1+∑i=1N(xi−x¯)(xi−x¯)T+Nκ0κ0+N(x¯−μ0)(x¯−μ0)T)Λ).

Собираем все это вместе, если мы позволим мы имеем, что вероятность до равна S=∑i=1N(xi−x¯)(xi−x¯)T×

|Λ|1/2exp⁡{−κ0+N2(μ−κ0μ+Nx¯κ0+N)TΛ(μ−κ0μ+Nx¯κ0+N)}×|Λ|(ν0+N−D−1)/2exp⁡{−12tr((W0−1+S+Nκ0κ0+N(x¯−μ0)(x¯−μ0)T)Λ)},
как требуется.
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.