ความสัมพันธ์ระหว่าง Hessian Matrix และ Covariance Matrix


12

ในขณะที่ฉันกำลังศึกษาการประมาณความเป็นไปได้สูงสุดเพื่อทำการอนุมานในการประมาณความน่าจะเป็นสูงสุดเราจำเป็นต้องทราบความแปรปรวน หากต้องการทราบความแปรปรวนฉันต้องรู้ว่า Rao Lower Bound ของแครเมอร์ซึ่งดูเหมือนเมทริกซ์ของ Hessian ที่มีอนุพันธ์อันดับสองเกี่ยวกับความโค้ง ฉันสับสนในการกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมกับเมทริกซ์แบบเฮสเซียน หวังว่าจะได้ยินคำอธิบายบางอย่างเกี่ยวกับคำถาม ตัวอย่างง่ายๆจะได้รับการชื่นชม

คำตอบ:


13

คุณควรตรวจสอบคำถามพื้นฐานนี้เกี่ยวกับเมทริกซ์ข้อมูลฟิชเชอร์และความสัมพันธ์กับ Hessian และข้อผิดพลาดมาตรฐาน

สมมติว่าเรามีแบบจำลองทางสถิติ (ครอบครัวของดิส)\} ในกรณีทั่วไปเรามีดังนั้นตระกูลนี้จึงเป็นพารามิเตอร์โดย{ฉθ:θ∈Θ}dผมม.(Θ)=dθ=(θ1,...,θd)T. ภายใต้เงื่อนไขที่แน่นอนบางอย่างเรามี

ผมผม,J(θ)=-Eθ[∂2ล.(X;θ)∂θผม∂θJ]=-Eθ[Hผม,J(ล.(X;θ))]

ที่ไหน ผมผม,J เป็นเมทริกซ์ข้อมูลฟิชเชอร์ (เป็นฟังก์ชั่นของ θ) และ X เป็นค่าที่สังเกตได้ (ตัวอย่าง)

ล.(X;θ)=ล.n(ฉθ(X)), สำหรับบางคน θ∈Θ

ดังนั้นข้อมูลฟิชเชอร์เมทริกซ์จึงเป็นค่าที่คาดหวังจาก Hesian ของความน่าจะเป็นบันทึกภายใต้บางส่วนθ

ทีนี้สมมติว่าเราต้องการประมาณฟังก์ชันเวกเตอร์ของพารามิเตอร์ที่ไม่รู้จัก ψ(θ). โดยปกติแล้วเป็นที่ต้องการของผู้ประมาณค่าT(X)=(T1(X),...,Td(X)) ควรมีความเป็นกลางเช่น

∀θ∈Θ Eθ[T(X)]=ψ(θ)

Cramer Rao Lower Bound กล่าวว่าสำหรับทุกคนที่เป็นกลาง T(X) คโอโวลต์θ(T(X)) ความพึงพอใจ

คโอโวลต์θ(T(X))≥∂ψ(θ)∂θผม-1(θ)(∂ψ(θ)∂θ)T=B(θ)

ที่ไหน A≥B สำหรับเมทริกซ์หมายความว่า A-Bเป็นบวกกึ่งแน่นอน ,∂ψ(θ)∂θ เป็นเพียงยาโคบเบียน Jผม,J(ψ). สังเกตว่าถ้าเราประเมินθ, นั่นคือ ψ(θ)=θด้านบนลดความซับซ้อนของ

คโอโวลต์θ(T(X))≥ผม-1(θ)

แต่มันบอกอะไรเราได้บ้าง? ตัวอย่างเช่นจำได้ว่า

โวลต์aRθ(Tผม(X))=[คโอโวลต์θ(T(X))]ผม,ผม

และนั่นก็คือเมทริกซ์กึ่งบวกแน่นอนทุกตัว A องค์ประกอบแนวทแยงนั้นไม่เป็นลบ

∀ผม Aผม,ผม≥0

จากด้านบนเราสามารถสรุปได้ว่าความแปรปรวนขององค์ประกอบแต่ละส่วนนั้นถูกล้อมรอบด้วยองค์ประกอบแนวทแยงของเมทริกซ์ B(θ)

∀ผม โวลต์aRθ(Tผม(X))≥[B(θ)]ผม,ผม

ดังนั้น CRLB จึงไม่บอกความแปรปรวนของตัวประมาณค่าของเรา แต่อย่างใดหรือไม่ตัวประมาณค่าของเรานั้นเหมาะสมที่สุดนั่นคือถ้ามันมีความแปรปรวนร่วมต่ำที่สุดในบรรดาตัวประมาณที่ไม่เอนเอียงทั้งหมด


2
ฉันขอขอบคุณคำอธิบายของคุณที่นี่ ฉันไม่ใช่คนคณิตศาสตร์จริง ๆ แต่ฉันอยู่ในวิธีการเรียนรู้คณิตศาสตร์อย่างจริงจัง อย่างไรก็ตามมันก็ดูเป็นนามธรรมเกินไปสำหรับฉัน ฉันหวังว่าจะมีตัวอย่างที่อ่อนโยนพร้อมตัวเลขง่าย ๆ ที่จะเข้าใจได้อย่างแน่นอน
— user122358
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.