Експоненціальна верхня межа


12

Припустимо, у нас є IID випадкові величини з розподілом B e r ( θ ) . Ми будемо спостерігати зразок X я «S наступним чином: нехай Y 1 , ... , Y п незалежні В е г ( 1 / +2 ) випадкові величини, припустимо , що всі X я » s і Y я 's незалежні і визначають розмір вибірки N = ∑X1,…,XnBer(θ)XiY1,…,YnBer(1/2)XiYi. ВYI«и вказатиякі зXI» и знаходяться в зразку, і ми хочемо вивчити частку успіхів в зразкуяка визначається Z={ 1N=∑i=1nYiYiXi Дляϵ>0ми хочемо знайти верхню межу дляPr

Z={1N∑i=1nXiYiifN>0,0ifN=0.
ϵ>0 що розпадається експоненціально з n . Нерівність Гоффдінга застосовується не відразу через залежності між змінними.Pr(Z≥θ+ϵ)n

1
Нехай . (i) Чи неZiнезалежний відZj≠i? (ii) чи неZ=∑Zi? ... Як результат, мені незрозуміло, щоZне є "сумою незалежних випадкових змінних"Zi=1NXiYiZiZj≠iZ=∑ZiZ
— Glen_b -Встановити Моніку

Ах, хороший пункт. Я думав про , а не N . Але чи не можете ви замість цього написати Z i = 1nN, і нехайZ=∑ n i = 1 Zi? Тобто, підсумовуйте всі випадки, незалежно від того, чиYдорівнює 1 чи 0. ... ні, це не працює. Чисельник однаковий, але знаменник інший. Zi=1nXiYiZ=∑i=1nZiY
— Glen_b -Встановіть Моніку

Це дає менше частки успіхів у вибірці, яка є величиною інтересу до проблеми, тому що , оскільки N ≤ n . (1/n)∑i=1nXiYi≤(1/N)∑i=1nXiYiN≤n
— Дзен

1
Так, саме тому я закінчив "ні, що не працює". Існують нерівності, що стосуються незалежного випадку, наприклад, деякі нерівності Бернштейна (див. Четвертий пункт), і існує ряд нерівностей, які стосуються мартингалів (хоча я не знаю, що вони застосовуватимуться тут).
— Glen_b -Встановіть Моніку

1
Я погляну, а також спробую знайти зв’язок з результатами мартингалів. Межа для настільки проста ( P r ( U ≥ θ / 2 + ϵ ) ≤ exp ( - 2 n ϵ 2 ) ), що спокусити це підключити з Z використовуючи якесь кондиціонування. U=(1/n)∑i=1nXiYiPr(U≥θ/2+ϵ)≤exp⁡(−2nϵ2)Z
— Дзен

Відповіді:


16

Ми можемо зв’язати нерівність Гоффдінга досить прямо .

Зауважимо, що у нас

{Z>θ+ϵ}={∑iXiYi>(θ+ϵ)∑iYi}={∑i(Xi−θ−ϵ)Yi>0}.

Встановіть так, що Z i є iid, E Z i = 0 і P ( Z > θ + ϵ ) = P ( ∑ i Z i > n ϵ / 2 ) ≤ е - п ε 2 / 2Zi=(Xi−θ−ϵ)Yi+ϵ/2ZiEZi=0 шляхом прямого застосуваннянерівності Гоффдінга(оскільки Z i ∈ [ - θ - ϵ / 2 , 1 - θ - ϵ / 2 ] і так приймають значення в інтервалі розміру один).

P(Z>θ+ϵ)=P(∑iZi>nϵ/2)≤e−nϵ2/2,
Zi∈[−θ−ϵ/2,1−θ−ϵ/2]

Існує багата і захоплююча пов’язана література, яка склалася за останні кілька років, зокрема, на теми, пов'язані з теорією випадкових матриць з різними практичними додатками. Якщо вас цікавлять подібні речі, я настійно рекомендую:

Р. Вершинін, Вступ до неасимптотичного аналізу випадкових матриць , глава 5 стисненого зондування, теорія та додатки. Під редакцією Ю. Ельдара та Г. Кутіньока. Cambridge University Press, 2012.

Я думаю, що експозиція зрозуміла і забезпечує дуже приємний спосіб швидкого привчання до літератури.


1
Ziϵ/2Zi∈[−θ−ϵ/2,1−θ−ϵ/2]

1
N=0>≥

ZθE[Z]=E[I{N=0}Z]+E[I{N>0}Z]=(1−1/2n)θ

6

N=0

{Z≥θ+ϵ}=({Z≥θ+ϵ}∩{N=0})∪({Z≥θ+ϵ}∩{N>0})=({0≥θ+ϵ}∩{N=0})∪({Z≥θ+ϵ}∩{N>0})=(∅∩{N=0})∪({Z≥θ+ϵ}∩{N>0})={∑i=1nXiYi≥(θ+ϵ)∑i=1nYi}∩{N>0}⊂{∑i=1nXiYi≥(θ+ϵ)∑i=1nYi}={∑i=1n(Xi−θ−ϵ)Yi≥0}={∑i=1n((Xi−θ−ϵ)Yi+ϵ/2)≥nϵ/2}.

E[∑i=1nWi]=E[I{∑i=1nYi=0}∑i=1nWi]+E[I{∑i=1nYi>0}∑i=1nWi]=E[I{∑i=1nYi>0}∑i=1nYi∑i=1nYi]=E[I{∑i=1nYi>0}]=1−1/2n.

5

Ця відповідь продовжує мутувати. Поточна версія не стосується дискусії, яку я мав з @cardinal у коментарях (хоча саме завдяки цій дискусії я вдячно зрозумів, що підхід до кондиціонування, як видається, нікуди не веде).

Для цієї спроби я скористаюсь іншою частиною оригінального паперу Гефдінга 1963 року , а саме розділом 5 "Суми залежних випадкових змінних".

Wi≡Yi∑i=1nYi,∑i=1nYi≠0,∑i=1nWi=1,n≥2

Wi=0∑i=1nYi=0

Тоді ми маємо змінну

Zn=∑i=1nWiXi,E(Zn)≡μn

Нас цікавить ймовірність

Pr(Zn≥μn+ϵ),ϵ<1−μn

Pr(Zn≥μn+ϵ)=E[1{Zn−μn−ϵ≥0}]

1{Zn−μn−ϵ≥0}≤exp⁡{h(Zn−μn−ϵ)},h>0

∑i=1nWi=1

ehZn=exp⁡{h(∑i=1nWiXi)}≤∑i=1nWiehXi

і зв'язування результатів для досягнення

Pr(Zn≥μn+ϵ)≤e−h(μn+ϵ)E[∑i=1nWiehXi]

WiXi

Pr(Zn≥μn+ϵ)≤e−h(μn+ϵ)∑i=1nE(Wi)E(ehXi)

XiθE[ehXi]hE[ehXi]=1−θ+θeh

Pr(Zn≥μn+ϵ)≤e−h(μn+ϵ)(1−θ+θeh)∑i=1nE(Wi)

h

eh∗=(1−θ)(μn+ϵ)θ(1−μn−ϵ)

Підключивши її до нерівності і маніпулюючи ми отримуємо

Pr(Zn≥μn+ϵ)≤(θμn+ϵ)μn+ϵ⋅(1−θ1−μn−ϵ)1−μn−ϵ∑i=1nE(Wi)

поки

Pr(Zn≥θ+ϵ)≤(θθ+ϵ)θ+ϵ⋅(1−θ1−θ−ϵ)1−θ−ϵ∑i=1nE(Wi)

Гоффдінг це показує

(θθ+ϵ)θ+ϵ⋅(1−θ1−θ−ϵ)1−θ−ϵ≤e−2ϵ2

∑i=1nE(Wi)=1−1/2n

Pr(Zn≥θ+ϵ)≤(1−12n)e−2ϵ2≡BD

BI

BD=(1−12n)e−2ϵ2≤e−nϵ2/2=BI

⇒2n−12n≤exp⁡{(4−n2)ϵ2}

n≤4BD≤BIn≥5BIBDϵn=12ϵ≥0.008BI


WiXiXi


E[W1]=(1−1/2n)/nn

@Zen Дійсно (насправді він збільшується з розміром вибірки, хоча і обмежено), тому кардинал пов'язаний корисніше для більшості розмірів вибірки.
— Алекос Пападопулос
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.