Detección de punto de cambio bayesiano en línea (distribución predictiva marginal)


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Estoy leyendo el artículo de detección de punto de cambio en línea Bayesiano de Adams y MacKay ( enlace ).

Los autores comienzan escribiendo la distribución predictiva marginal: donde

P(xt+1|x1:t)=∑rtP(xt+1|rt,xt(r))P(rt|x1:t)(1)
  • xt es la observación en el tiempo ;t
  • x1:t denota el conjunto de observación hasta el tiempo ;t
  • rt∈N es la longitud de ejecución actual (tiempo desde el último punto de cambio, puede ser 0); y
  • xt(r) es el conjunto de observaciones asociadas con la ejecución .rt

Eq. 1 es formalmente correcto (vea la respuesta a continuación por @JuhoKokkala), pero entiendo que si realmente desea hacer una predicción sobre necesitaría expandirla de la siguiente manera:xt+1

P(xt+1|x1:t)=∑rt,rt+1P(xt+1|rt+1,xt(r))P(rt|x1:t)P(rt+1|rt)(1b)

Mi razonamiento es que bien podría haber un punto de cambio en el tiempo (futuro) , pero la posterior solo cubre hasta .t+1P(rt|x1:t)t

El punto es que los autores en el artículo nos hacen de la ecuación. 1 como está (ver las ecuaciones 3 y 11 en el documento), y no 1b. Entonces, aparentemente ignoran la posibilidad de un punto de cambio en el tiempo cuando predicen partir de los datos disponibles en el tiempo . Al comienzo de la Sección 2 dicen en passantt+1xt+1t

Suponemos que podemos calcular la distribución predictiva [para ] condicional en una longitud de ejecución dada .xt+1rt

que tal vez es donde está el truco. Pero en general, esta distribución predictiva debería parecerse a la ecuación. 1b; que no es lo que hacen (Ec. 11).

Entonces, no estoy seguro de entender lo que está sucediendo. Tal vez hay algo divertido con la notación.


Referencia

  • Adams, RP y MacKay, DJ (2007). Detección bayesiana de puntos de cambio en línea. preimpresión de arXiv arXiv: 0710.3742.

Una posible explicación es que representa la longitud de la ejecución al final del paso de tiempo , que está después del punto de cambio en el tiempo . Con esto, la ecuación. 1 tiene sentido. De hecho, una inicialización del algoritmo es establecerrttt que supone que hay un punto de cambio justo antes del comienzo en t = 1 . Sin embargo, la figura 1 es incorrecta (o al menos engañosa) en que si hay un punto de cambio entre t = 4 y t = 5 , y entreP(r0=0)=1t=1t=4t=5 y t = 11 como se representa en la figura 1a, a continuación, r 4 y r 10 debe ser 0 de acuerdo con esta notación, y no r 5 y r 11 según la Fig 1b. t=10t=11r4r10r5r11
— lacerbi

1
Algo extraño está sucediendo en la ecuación. 3 como el factor medio en el sumando en la última línea es mientras pensaba que x ( r ) t contiene x t . Sospecho que t y t - 1 han cambiado de lugar como P ( x t ∣ r t , x ( r ) t - 1 )P(xt∣rt−1,xt(r))xt(r)xttt−1P(xt∣rt,xt−1(r))Tendría sentido. En la ecuación 11, el lado derecho parece depender de que no aparece en el lado izquierdo en absoluto, por lo que hay algo mal o no entiendo la notación en absoluto. xt(r)
— Juho Kokkala

@JuhoKokkala: Me alegro de no ser el único con ese sentimiento ...
— lacerbi

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@lacerbi, tengo otra pregunta sobre este documento, y creo que podría responderlo ya que parece familiarizado con el trabajo: stats.stackexchange.com/questions/419988 .
— gwg

Respuestas:


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Ambos (1) y (1b) son correctos. El OP tiene razón en que (en este modelo) puede haber un punto de cambio en , y x t + 1 depende de si hay un punto de cambio. Esto no implica ningún problema con (1) ya que los posibles valores de r t + 1 están completamente "cubiertos" por P ( x t + 1 ∣ r t , x 1 : t ) . P ( x t + 1 | r t , x 1 :t+1xt+1rt+1P(xt+1∣rt,x1:t)significa la distribución condicional de x t + 1 condicional en( r t , x 1 : t ). Esta distribución condicional promedia sobre "todo lo demás", incluyendo r t + 1 , condicional en( r t , x 1 : t ). Al igual que uno podría escribir, digamos,P( x t + 1000 | x t )P(xt+1|rt,x1:t)xt+1(rt,x1:t)rt+1(rt,x1:t)P(xt+1000|xt), que tendría en cuenta todas las configuraciones posibles de puntos de cambio, así como los valores de s que se producen entre t y t + 1000 .xitt+1000

En el resto, primero deduzco (1) y luego (1b) basado en (1).

Derivación de (1)

Para cualquier variable aleatoria , tenemos P ( A ∣ B ) = ∑ c P ( A ∣ B , C = c )A,B,C siempre que C sea ​​discreto (de lo contrario, la suma debe ser reemplazada por una integral). Aplicando esto a x t + 1 , x 1 : t , r t :

P(A∣B)=∑cP(A∣B,C=c)P(C=c∣B),
Cxt+1,x1:t,rt

P(xt+1∣x1:t)=∑rtP(xt+1∣rt,x1:t)P(rt∣x1:t),
rtx1:txt+1xt+1rt,xt(r)xxt(r)P(xt+1∣rt,x1:t)=P(xt+1∣rt,xt(r))

P(xt+1∣x1:t)=∑rtP(xt+1∣rt,xt(r))P(rt∣x1:t),(1)

Derivación de (1b)

P(xt+1∣rt,xt(r))rt+1

P(xt+1∣rt,xt(r))=∑rt+1P(xt+1∣rt+1,rt,xt(r))P(rt+1∣rt,xt(r)).

t+1xtxt+1xP(rt+1∣rt,xt(r))=P(rt+1∣rt)rt+1xt+1xtP(xt+1∣rt+1,rt,xt(r))=P(xt+1∣rt+1,xt(r))

P(xt+1∣rt,xt(r))=∑rt+1P(xt+1∣rt+1,xt(r))P(rt+1∣rt).
P(xt+1∣x1:t)=∑rt(∑rt+1P(xt+1∣rt+1,xt(r))P(rt+1∣rt))P(rt∣x1:t),(1b)

* Observación sobre los supuestos de independencia condicional del modelo

rx


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rt+1rt+1

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Oh. Parece entonces que entendí mal la pregunta: ¿debería eliminar esto? Es posible que desee aclarar la pregunta, actualmente parece que (1) es de alguna manera incorrecta (en lugar de quizás no útil)
— Juho Kokkala

Mantenga esta respuesta, que es valiosa. Mi error es que no estaba lo suficientemente claro en mi publicación original. Traté de aclarar mi pregunta gracias a sus comentarios, y de una manera que todavía hace que esta respuesta sea significativa.
— lacerbi
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