Асимптотична нормальність квадратичної форми


11

Нехай випадковий вектор , проведений з . Розглянемо приклад . Визначте , і . Нехай \ boldsymbol {\ mu}: = \ mathbb {E} _ {\ mathbf {x} \ sim P} [\ mathbf {x}] і C: = \ mathrm {cov} _ {\ mathbf {x} \ sim P} [\ mathbf {x}, \ mathbf {x}] .xP{xi}i=1n∼i.i.d.Px¯n:=1n∑i=1nxiC^:=1n∑i=1n(xi−x¯n)(xi−x¯n)⊤μ:=Ex∼P[x]C:=covx∼P[x,x]

За центральною граничною теоремою припустимо, що

n(x¯n−μ)→dN(0,C),

де C - повноважна коваріаційна матриця.

Питання : Як довести (або спростувати) це

n(x¯n⊤(C^+γnI)−1x¯n−μ⊤C−1μ)→dN(0,v2),

для деяких v>0 , а для деяких γn≥0 таких, що limn→∞γn=0 ? Це виглядає просто. Але я не міг зрозуміти, як саме це показати. Це не питання домашнього завдання.

Я розумію, що метод дельти дозволив би нам легко зробити висновок

n(x¯n⊤C−1x¯n−μ⊤C−1μ)→dN(0,v2),

або

n(x¯n⊤(C^+γnI)−1x¯n−μ⊤(C^+γnI)−1μ)→dN(0,v2).

Вони трохи відрізняються від того, що я хочу. Зауважте матриці коваріації у двох доданках. Я відчуваю, що пропускаю тут щось дуже тривіальне. Крім того, якщо це спрощує ситуацію, ми також можемо ігнорувати тобто встановити і припустити, що є незворотним. Дякую.γnγn=0C^


2
Нам потрібно щось знати про те, як переходить до 0. Це послідовність констант? Я думаю, що спочатку ви повинні показати який, на мою думку, є результатом Слуцького. Тоді я б написав як . має обмежувальний розподіл, який можна знайти методом . Нарешті, ви можете спробувати показати, що ймовірно переходить до 0. Хоча я не впевнений, чи це має місце ...γnx¯nTγnIx¯n→p0C^C+bias(C^)x¯nTCx¯nδx¯nTbias(C^)x¯n
— AdamO

γn - це послідовність констант (не випадкова). Послідовність може бути встановлена ​​на все, що змушує конвергенцію працювати (якщо така послідовність існує). Я думаю, що вірно. Я не стежив, для чого нам це в першу чергу потрібно. Але дозвольте мені подумати над цим та іншим більше. :)x¯n⊤Ix¯n→p0
— wij

2
Я не зміг зазначити: ваше вагання безпосередньо застосувати метод методу і назвати його виконаним є обґрунтованим. Я думаю, ви можете це ретельно виписати. Корисними теоремами для таких видів доказів є теорія Слуцького, теорема безперервного картографування Манна-Уолда та теорема Крамера-Уолда. δ
— AdamO

Я згоден, що результати, які ви згадаєте, можуть бути корисними. Я досі не бачу, як хоч. Насправді я також починаю думати, що асимптотичний розподіл може бути не нормальним.
— wij

Здається, це складніше, ніж здається. У статті arXiv тут описано, що відбувається у великих розмірах. Я не можу знайти аналог фіксованого розміру, але вони мають виразно-аргументований аргумент у Розділі 3.
— Greenparker

Відповіді:


1

Існує певна складність при використанні методу Delta. Це зручніше отримати вручну.

Згідно із законом великого числа, . Отже . Застосуємо теорему Слуцького, маємо За теоремою безперервного відображення маємо Звідси За теоремою Слуцького маємо Поєднання вищевказаних результатів рівності C^→PCC^+γnI→PC

n(C^+γnI)−1/2(X¯−μ)→dN(0,C−1).
n(X¯−μ)T(C^+γnI)−1(X¯−μ)→d∑i=1pλi−1(C)χ12.
n(X¯−μ)T(C^+γnI)−1(X¯−μ)→P0.
nμT(C^+γnI)−1(X¯−μ)→dN(0,μTC−2μ).
n(X¯T(C^+γnI)−1X¯−μT(C^+γnI)−1μ)=n((X¯−μ)T(C^+γnI)−1(X¯−μ)−2μT(C^+γnI)−1(X¯−μ))=−2nμT(C^+γnI)−1(X¯−μ)+oP(1)→dN(0,4μTC−2μ).
Залишилося завдання боротися з На жаль, ця термінальна доза НЕ переходить до . Поведінка ускладнюється і залежить від третього та четвертого моментів.
n(μT(C^+γnI)−1μ−μT(C)−1μ).
0

Щоб бути простим, нижче ми припускаємо, що є нормально розподіленими і . Це стандартний результат, що де - симетрична випадкова матриця з діагональними елементами як та діагональні елементи вимикаються як . Таким чином, за матричним розширенням Тейлора , маємо Xiγn=o(n−1/2)

n(C^−C)→dC1/2WC1/2,
WN(0,2)N(0,1)
n(C^+γnI−C)→dC1/2WC1/2,
(I+A)−1∼I−A+A2
n((C^+γnI)−1−C−1)=nC−1/2((C−1/2(C^+γnI)C−1/2)−1−I)C−1/2=nC−1(C^+γnI−C)C−1+OP(n−1/2)→dC−1/2WC−1/2.
Таким чином,
n(μT(C^+γnI)−1μ−μT(C)−1μ)→dμTC−1/2WC−1/2μ∼N(0,(μTC−1μ)2).

Таким чином,

n(X¯T(C^+γnI)−1X¯−μTC−1μ)→dN(0,4μTC−2μ+(μTC−1μ)2).

1
Дякую за вашу відповідь. Саме той термін, який не збігається з 0, ускладнює всю справу. На жаль, я не можу припустити, що зазвичай розподілений. Але я все одно ціную відповідь. Якщо ви могли б прокоментувати, як це залежить від третього та четвертого моменту (можливо, з посиланнями), це було б корисно. Також наразі не можу пояснити. Але я відчуваю, що повинен розкладатися повільніше, ніж . Я повинен думати про причину ретельніше. Xigammano(n−1/2)
— wij

Я забув додати, що в моєму випадку можна вважати, що він живе в компактному наборі (якщо потрібно). Це може допомогти в умовах моменту. Xi
— wij
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.