A proof of consistency and model-selection optimality on the empirical Bayes method
研究了大自由度模型超参数推断中极大边际似然估计的相合性和最优性。我们在指数族中进行主要分析,其中自然参数是超参数。首先,我们证明了一般线性模型的MMLE在估计似然和先验方差尺度时的相合性。证明是独立的数据模型参数的数量比,并排除了相关的正则化最小二乘模型参数估计,渐近无偏的不适定性。其次,我们将证明推广到具有有限数量超参数的其他模型。我们发现,指数族中费用函数的广泛性质通常产生似然超参数的MMLE的一致性。此外,我们还证明了在适用于非指数模型族的预测分布的假设渐近正态性下,即使真实数据分布在模型空间之外,MMLE也几乎必然渐近地最小化先验和真实预测分布之间的Kullback-Leibler散度.我们的证明验证了经验贝叶斯方法使用超参数MMLE在许多模型参数的渐近性,确保了相同的资格,为交叉熵交叉验证。
2022-05-26 math.ST physics.geo-ph stat.TH
The Broad Optimality of Profile Maximum Likelihood
University of California, San Diego(加州大学圣地亚哥分校)
我们研究了三个基本的学习问题:分布估计,属性估计和属性测试。我们建立的配置文件极大似然(PML)估计作为第一个统一的样本最优的方法,广泛的学习任务。具体地,对于每个字母表大小$k$和期望的精度$\varepsilon$:$\textbf{Distribution estimation}$在$\ell_1$距离下,PML产生用于排序分布估计的最佳$Θ(k/(\varepsilon^2\log k))$样本复杂度,并且基于PML的估计器在实际分布上经验上优于Good-Turing估计器; $\textbf{Additive property estimation}$对于大类的加性性质,PML插件估计器仅使用最佳估计器所需的四倍样本量,以实现大约两倍的误差,具有指数级更高的置信度; $\boldsymbolα\textbf{-Rényi entropy estimation}$对于整数$α>1$,PML插入估计器具有最佳的$k^{1-1/α}$样本复杂度;对于非整数$α>3/4$,PML插入估计器具有低于现有技术的样本复杂度; $\textbf{Identity testing}$在测试未知分布是否等于或至少$\varepsilon$远离给定分布的$\ell_1$距离时,基于PML的测试器实现最佳样本复杂度,直到$k$的对数因子。大多数这些结果也持有近线性时间可计算的PML的变种。更强的…
2019-07-11 cs.LG math.ST stat.ML
An Empirical Likelihood-based Local Estimation
本文提出了经验似然(EL)的局部表示方法。EL通过它的似然比性质承认经典的局部线性二次表示。利用新的表示方法,得到了一个局部估计量.一致性、局部渐近正态性和渐近最优性结果对于新的估计量成立。特别地,当正则性条件不包含任何可微性假设时,这些渐近结果对于局部估计仍然有效。仿真结果表明,局部方法提高了EL的推理精度。
2014-03-26 math.ST stat.TH
High dimensional asymptotics of likelihood ratio tests in the Gaussian sequence model under convex constraints
在高斯序列模型$Y=μ+ξ$中,研究了$H_0: μ=μ_0$与$H_1: μ\in K$的似然比检验(LRT),其中$μ_0 \in K$,$K$是$\mathbb{R}^n$中的闭凸集.特别是,我们表明,在零假设下,正常的近似持有的对数似然比统计一般对$(μ_0,K)$,在高维制度,其中相关的最小二乘估计的估计误差发散在适当的意义。正常的近似进一步导致一个精确的表征在高维政权的LRT的功率行为。这些特征表明,LRT的功率行为是在一般的非均匀的欧氏度量,并说明现有的最小最大最优性和次优性结果的LRT的保守性。各种各样的例子,包括测试中的正交/圆锥,保序回归,套索,和测试参数假设与形状约束的替代品,制定出证明所开发的理论的多功能性。
2021-06-20 math.ST stat.TH
Statistical optimality and stability of tangent transform algorithms in logit models
一个系统的方法来寻找变分逼近,否则难以处理的非共轭模型是利用一般原则的凸对偶,最小化的边际似然,使问题易于处理。虽然这种方法在非共轭贝叶斯模型的变分推理中很受欢迎,但缺乏统计最优性和算法收敛性的理论保证。针对逻辑斯谛回归模型,我们在数据生成过程中提供了一个温和的条件来导出变分最优风险的非渐近上界。我们证明,这些假设可以完全放松,如果一个人认为轻微的变化的算法,提高可能性的分数功率。接下来,我们利用动力系统的理论,在逻辑和多项式logit回归等算法提供收敛保证。特别是,我们建立了局部渐近稳定性的算法,没有任何假设的数据生成过程。我们探讨了一个特殊的情况下,涉及一个半正交设计的整体收敛。该理论进一步说明了使用几个数值研究。
2020-10-25 math.ST stat.CO stat.ML
On variational inference and maximum likelihood estimation with the λ-exponential family
针对λ-指数族研究不足但应用需求广泛的问题,本文提出求解其变分推断与最大似然估计的理论算法框架,给出新最优性条件与类近端算法,数值实验验证其在重尾分布场景的有效性。
2024-06-19 math.ST stat.TH
The Empirical Likelihood Approach to Quantifying Uncertainty in Sample Average Approximation
我们研究的经验似然方法来构建一个给定的解决方案的最优值和最优性差距的置信区间,此后量化的样本平均近似的统计不确定性,优化问题的期望值目标和约束条件下,潜在的概率分布,通过有限的数据观察。这种方法依赖于两个分布鲁棒优化问题的不确定分布,与基于发散的不确定性集,适当校准,以提供渐近的统计保证。
2016-10-23 math.ST stat.ME stat.TH
Nearly second-order asymptotic optimality of sequential change-point detection with one-sample updates
Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院)
分布参数未知时的序列变点检测是统计学和机器学习中的一个基本问题。当参数未知时,我们考虑一组基于序贯似然比的检测过程,其中非预期估计量使用在线凸优化算法(如在线镜像下降)构造,它提供了一种更通用的方法来处理无法找到递归最大似然估计的复杂情况。当底层分布属于指数族并且估计量满足对数遗憾性质,我们证明了这种方法是近二阶渐近最优的。这意味着当阈值趋于无穷大时,算法的虚警率的上界(由平均游程长度测量)渐近地满足下界,直到对数-对数因子。我们的证明是通过建立顺序变点和在线凸优化之间的联系,并利用在线镜像下降算法的对数遗憾界属性。数值和实际数据的例子验证了我们的理论。
2017-12-04 cs.LG math.ST stat.TH
On the Asymptotic Optimality of Cross-Validation based Hyper-parameter Estimators for Regularized Least Squares Regression Problems
渐近最优性(a.o.)文献中研究了正则化最小二乘回归问题中各种超参数估计的最优性准则。估计器包括例如,最大(边际)似然方法、$C_p$统计和广义交叉验证方法,以及最优性准则基于例如,无效率、期望无效率和风险。本文考虑了参数个数固定的正则化最小二乘回归问题,基于风险选择了最优性准则,并研究了最优性准则的a. o。对几种基于交叉验证(CV)的超参数估计方法,包括留$k$ -out CV方法、广义CV方法、$r$ -fold CV方法和hold out CV方法进行了研究。我们发现前三种方法都是可行的。在温和的假设下,但不是最后一个,我们使用蒙特卡罗模拟来说明我们的研究结果的有效性。
2021-04-27 math.ST stat.TH
Optimality of variational inference for stochastic block model with missing links
变分方法在网络数据分析中非常流行。这些方法获得的统计保证通常为随机块模型下的全局模型参数估计问题提供渐近正态性。在目前的工作中,我们考虑的情况下,网络与丢失的链接,这是重要的应用程序,并表明变分近似的最大似然估计收敛于极小极大率。这为含缺失环节的随机区组模型的参数估计问题提供了第一个极小极大最优易处理的估计器。我们补充我们的结果与模拟和真实网络的数值研究,这证实了这种估计比目前的方法的优势。
2021-11-05 math.ST stat.TH
Learning Bayesian Networks from Incomplete Data with the Node-Average Likelihood
贝叶斯网络(BN)的结构学习从完整的数据已被广泛研究的文献。然而,较少的理论结果可用于不完整的数据,大多数都与期望最大化(EM)算法。Balov(2013)提出了一种称为节点平均似然(NAL)的替代方法,该方法与EM竞争,但计算效率更高;他证明了其离散BN的一致性和模型可识别性。在本文中,我们给出了一般的充分条件的NAL的一致性,我们证明了一致性和可识别性的条件高斯BN,其中包括离散和高斯BN的特殊情况。此外,我们通过独立的模拟研究证实了我们的结果和Balov(2013)的结果。因此,我们表明NAL具有比Balov(2013)中最初暗示的更广泛的适用性,并且它也与EM竞争条件高斯BN。
2021-07-22 math.ST stat.ML stat.TH
Local Optimality and Rigidity of Frobenius Tests for Dense High-Dimensional Covariance Alternatives
University of North Carolina at Chapel Hill(北卡罗来纳大学教堂山分校);Xiamen University(厦门大学)
本文研究高维协方差矩阵的恒等性检验,针对密集备择,提出修正的Frobenius统计量并证明其达到加权功效包络,同时揭示其局部最优性与刚性条件。
2026-09-24 econ.EM math.ST stat.TH
Partial Recovery for Top-$k$ Ranking: Optimality of MLE and Sub-Optimality of Spectral Method
在Bradley-Terry-Luce(BTL)模型生成的部分观测的两两比较数据下,研究了top- $k$排序问题.也就是说,最佳地识别顶级$k$玩家的集合。我们推导出相对于标准化海明损失的极大极小率。这提供了文献中的第一个结果,其特征在于部分恢复错误的比例的顶部$k$排名的错误。我们还推导出最佳的信噪比条件的顶部$k$集的精确恢复。最大似然估计(MLE),以实现最佳的部分恢复和最佳的精确恢复。另一方面,我们表明另一种流行的算法,谱方法,是在一般次优。我们的结果补充了Chen等人(2019)的最新工作,该工作表明MLE和谱方法都实现了精确回收的最佳样品复杂度。事实证明,两种算法的样本复杂度的前导常数是不同的。另一个可能具有独立兴趣的贡献是对MLE的分析,而没有对BTL模型进行任何惩罚或正则化。这填补了排名文献中理论与实践之间的一个重要空白。
2021-07-15 math.ST stat.ML stat.TH
A Simple Geometric Proof of the Optimality of the Sequential Probability Ratio Test for Symmetric Bernoulli Hypotheses
Computer Science Department, Stanford University(斯坦福大学计算机科学系)
本文针对加权硬币偏差检验问题,通过将策略建模为二维整数格上的有偏随机游走,采用贪心局部扰动方法,给出了SPRT最优性的离散自包含几何证明。
2025-10-17 cs.DS math.ST stat.TH
Sequential multiple testing with generalized error control: an asymptotic optimality theory
在两个广义误差度量下研究了序贯多重检验问题。在第一种情况下,至少控制任何类型的$k$错误的概率。在第二种情况下,同时控制至少$k_1$假阳性和至少$k_2$假阴性的概率。对于每个配方,最佳预期的样本量的特点,一阶渐近近似的误差概率为0,并提出了一种新的多重检验程序,并证明是渐近有效的每个信号配置下。当各种假设的数据流是独立的并且每个局部对数似然比统计量满足某个强大数律时,这些结果成立。在i.i.d.的特殊情况下。在每个流中的观察,所提出的顺序程序超过固定样本量计划的收益进行了量化。
2018-06-18 math.ST stat.ME stat.TH
Optimal Subsampling Algorithms for Big Data Regressions
为了快速逼近海量数据下的极大似然估计,本文研究了广义线性模型在A-最优准则下的最优子抽样方法。建立了一般抽样算法估计的相合性和渐近正态性,并在A-和L-最优性准则下导出了最优抽样概率。利用Frobenius范数矩阵集中不等式,得到了基于最优子采样概率的子样本估计量的有限样本性质。由于最佳子采样概率依赖于全数据估计,自适应两步算法的发展。建立了自适应算法估计量的渐近正态性和最优性。所提出的方法进行了说明和评估,通过模拟和真实数据集的数值实验。
2019-06-26 math.ST stat.CO stat.ME
Empirical likelihood for generalized smoothly trimmed mean
本文提出带广义权重的平滑截尾均值,推导其渐近方差并构建经验似然,模拟表明其优于经典截尾均值且适用于污染模型,并通过最小方差准则选择平滑参数。
2024-09-09 math.ST stat.TH
Bayesian Multiple Testing Under Sparsity for Polynomial-Tailed Distributions
本文研究了稀疏条件下多项式尾分布满足单调似然比性质的贝叶斯多重检验问题。这类分布包括学生t分布、帕累托分布和许多其他分布。我们证明了固定和随机阈值下的一些一般的渐近最优性结果。作为这些一般性结果的例子,我们建立了贝叶斯渐近最优的几个多个测试程序在文献中适当选择的错误发现率水平。我们还通过模拟表明,Benjamini-Hochberg过程的错误发现率水平与渐近最优的不同,可以导致高贝叶斯风险。
2016-07-28 math.ST stat.TH
Empirical Likelihood Ratio Test with Distribution Function Constraints
本文研究了具有分布函数约束的非参数假设检验问题。经验似然比检验在检验矩等式约束问题中得到了广泛的应用。然而,一些检测问题不能使用矩(in)等式来描述。我们提出了一个分布函数约束以及经验似然比检验。该检测器适用于各种各样的鲁棒参数/非参数检测问题。由于分布函数约束提供了对原假设的更精确描述,因此该检验优于具有矩约束的经验似然比检验以及许多流行的拟合优度检验,例如稳健的Kolmogorov-Smirnov检验和Cramér-von Mises检验。从通信系统与现实世界的噪声样本的例子来展示他们的性能。具体而言,当原假设嵌套在备择假设中时,所提出的检验显著优于稳健的Kolmogorov-Smirnov检验和Cramér-von Mises检验。当我们假设没有噪声不确定性时,重复相同的示例。通过这样做,我们能够声称,在我们的情况下,有必要包括噪声分布的不确定性。此外,所提出的测试的渐近最优性。
2016-04-30 math.ST stat.TH
Asymptotic Optimality of Mixture Rules for Detecting Changes in General Stochastic Models
本文讨论了一般随机模型的序列变点检测问题,假设观测数据可能是非独立同分布的。(i.e.,相关的和非相同分布的),并且改变点的先验分布是任意的。Tartakovsky和Veeravalli(2005),Baron和Tartakovsky(2006),以及最近的Tartakovsky(2017)开发了一个非独立同分布的变点检测的一般渐近理论。随机模型,假设对数似然比过程具有一定的稳定性,在简单假设的情况下,当变更前和变更后模型都完全指定时。然而,在大多数应用程序中,更改后的分布并不完全知道。在本文中,我们推广以前的结果的情况下,参数不确定性,假设参数的变化后的分布是未知的。我们介绍了两个检测规则的基础上的混合物-混合Shiryaev规则和混合Shiryaev-罗伯茨规则-并研究其渐近性质的贝叶斯上下文中。特别是,我们提供了充分条件下,这些规则是一阶渐近最优的,最小化的时刻的延迟检测的虚警的概率接近零。
2018-07-24 math.ST stat.TH
Normalized Likelihood Criteria for Model Selection in the Stochastic Block Model
Departament of Statistics, Federal University of São Carlos(圣卡洛斯联邦大学统计系)
本文研究了基于标准化似然准则的惩罚估计器,提出DNML方法在稀疏网络中具有强一致性,且在不平衡网络中表现优异。
2026-04-11 math.ST stat.TH
Estimation Rates for Sparse Linear Cyclic Causal Models
因果模型是理解复杂现象和预测对照实验(也称为干预措施)结果的重要工具。在这项工作中,我们提出了统计估计率的线性循环因果模型的假设下,同方差高斯噪声通过分析的LLC估计由Hyttinen,Eberhardt和Hoyer和一个新的两步惩罚极大似然估计。我们建立了一类稀疏因果图上的最大似然估计的渐近近极大极小最优性。此外,我们发现的实际优势,这种估计相比,LLC的合成数值实验的证据。
2019-06-08 math.ST stat.TH
Nonconcave penalized composite conditional likelihood estimation of sparse Ising models
伊辛模型是研究系统内复杂相互作用的有用工具。然而,这种模型的估计是相当具有挑战性的,特别是在高维参数的存在下。在这项工作中,我们提出了有效的程序学习稀疏伊辛模型的基础上惩罚复合条件似然与非凹处罚。非凹惩罚似然估计近年来受到了广泛的关注。然而,这种方法在高维伊辛模型下是计算上禁止的。为了克服这些困难,我们将非凹惩罚似然估计的方法和理论推广到惩罚复合条件似然估计。所提出的方法可以有效地实现利用坐标上升和最小化-最大化原则。在NP维的条件下,证明了该方法的渐近预言性质。最优性的计算局部解决方案进行了讨论。我们通过模拟研究证明了其有限样本性能,并通过研究基于斯坦福大学HIV耐药性数据库的人类免疫缺陷病毒1型蛋白酶结构进一步说明了我们的建议。我们的统计学习结果与已知的生物学发现非常匹配,尽管在数据分析过程中没有使用先前的生物学信息。
2012-08-17 math.ST stat.TH
Concave regression: value-constrained estimation and likelihood ratio-based inference
我们提出了一个似然比统计形成的假设检验和置信区间的非参数估计的单变量回归函数,基于形状限制的凸性(或者,凸性)。处理似然比统计量需要研究满足原假设的估计量,即研究满足进一步等式约束的凹最小二乘估计量。我们在这里研究这个原假设最小二乘估计(NLSE),并使用它来研究我们的似然比统计量。NLSE是一个凸规划的解,我们找到了一组不等式和等式约束来表征该解。我们还研究了相应的限制版本的凸规划的基础上观察一个布朗运动漂移。极限问题的解是一个随机过程。我们研究了极限问题的解的最优性条件,发现它们与有限样本问题的解的最优性条件相匹配。这使我们能够显示极限随机过程产生的(有限样本)NLSE的极限分布。我们推测,似然比统计量是渐近关键的,这意味着它有一个极限分布,没有冗余参数估计,这使得它成为一个非常有效的工具,这个困难的推理问题。我们提供了这个猜想的部分证明,我们也提供了模拟证据,有力地支持这个猜想。
2018-09-10 math.ST stat.ME stat.TH
Bayesian $D$-optimal designs for error-in-variables models
贝叶斯最优性准则提供了一种鲁棒的设计策略,参数误设定。本文对协变量具有测量误差的非线性回归模型建立了贝叶斯$D$ -最优性的近似设计理论.极大似然和最小二乘估计的研究和明确的特征的贝叶斯$D$ -最优饱和设计的Michaelis-Menten,Emax和指数回归模型。对于不偏好特定参数值的情况,考虑了几个数据示例,其中使用均匀先验计算贝叶斯$D$最优饱和设计,并将其与其他几个设计进行比较,包括实践中经常使用的相应局部$D$最优设计。
2016-05-13 math.ST stat.ME stat.TH
Global Consistency of Empirical Likelihood
本文开发了几个有趣的,重要的,和相互关联的方法,非参数或半参数统计推断。参数模型下的极大似然估计(MLE)以其强一致性和最优性而闻名,通常归功于Cramer。然而,当模型不规则或不完全准确时,这些属性就会动摇。此外,它们的适用性仅限于接近未知真实参数值的局部最大值。因此,必须确定似然的全局极大值在一般条件下是强一致的(Wald,1949)。全球一致性也是经验似然性背景下的一个重要研究问题(Owen,2001)。EL是非参数统计推断的突破性平台。随后的里程碑是通过将估算功能置于EL保护伞下实现的(Qin和Lawless,1994)。由此产生的轮廓EL函数具有许多很好的参数似然性质,但也有相同的缺点。除非我们知道手边的局部极大值接近于未知的真参数值,否则不能利用这些性质。为了克服这个障碍,我们首先提出了一组干净的条件,在这些条件下,全局极大值是一致的。然后,我们开发了一个全局极大值测试,以确定是否在手边的局部极大值实际上是一个全局极大值。此外,我们发明了一个全局极大值的补救措施,以确保全球的一致性,通过扩大下EL的估计函数集。我们对文献中的许多例子进行的模拟实验牢固地建立了所提出的方法如预测的那样工作。我们的方法也提供了更好的解决方案,他们的参数对应的问题,由DeHaan(1981),Veall(1991),GAN和江(1999)。
2023-03-29 math.ST stat.TH
Weak convergence of a pseudo maximum likelihood estimator for the extremal index
平稳时间序列的极值通常出现在簇中。这种现象的一个主要措施是极值指数,代表预期的集群大小的倒数。详细分析了极值指标的不相交估计和滑动块估计。与许多竞争者相比,估计量仅依赖于一个参数序列的选择。我们推导出一个渐近展开,证明了渐近正态性和渐近方差估计的一致性。在某些模型中的显式计算和有限样本Monte Carlo模拟研究表明,滑动块估计优于其他块估计,它是有竞争力的运行和互异估计在各种模型。该方法适用于各种金融时间序列。
2017-07-13 math.ST stat.TH
Limit distribution theory for maximum likelihood estimation of a log-concave density
本文推导了对数凹密度非参数最大似然估计的逐点极限分布,并给出众数估计量的极限分布及局部渐近极小极大下界,证明其在收敛速率和常数依赖性上最优。
2009-05-04 math.ST stat.TH
Convergence Rates for the MAP of an Exponential Family and Stochastic Mirror Descent -- an Open Problem
Mila;Université de Montreal(蒙特利尔大学);University of British Columbia(不列颠哥伦比亚大学);Samsung(三星);SAIT AI Lab(SAIT AI实验室)
我们考虑了指数族的最大似然估计(MLE)或共轭最大后验概率(MAP)的期望对数似然次最优性的上界问题。令人惊讶的是,我们没有找到这个问题的一般解决方案,在文献中。特别是,目前的理论不适用于高斯或有趣的少数样本制度。在展示了问题的各个方面之后,我们表明我们可以将MAP解释为在对数似然上运行随机镜像下降(SMD)。然而,现代的收敛结果不适用于指数族的标准例子,突出了收敛文献中的漏洞。我们相信解决这个非常基本的问题可能会给统计和优化社区带来进步。
2021-11-12 cs.LG math.ST stat.ML
Score-Preserving Targeted Maximum Likelihood Estimation
提出保分TMLE(SP-TMLE)方法,通过同时针对有效影响函数和已求解得分来减小von-Mises展开余项,在小样本下降低了偏差与方差,提升了有限样本性能。
2025-01-31 math.ST stat.ME stat.TH
Maximum Likelihood Estimation is All You Need for Well-Specified Covariate Shift
Princeton University(普林斯顿大学);University of Chicago(芝加哥大学)
本文证明在良设定的协变量偏移下,纯用源数据的经典最大似然估计(MLE)能达到极小极大最优,无需密度比有界条件,并指出错误设定下MWLE更优。
2023-11-27 cs.LG math.ST stat.ML