Estimador imparcial de exponencial de medida de un conjunto?


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Supongamos que tenemos un conjunto (medible y adecuadamente bien comportado) , donde es compacto. Además, supongamos que podemos extraer muestras de la distribución uniforme sobre wrt la medida de Lebesgue y que conocemos la medida . Por ejemplo, tal vez es una caja que contiene .S⊆B⊂RnBBλ(⋅)λ(B)B[−c,c]nS

Para fijo , ¿hay una manera simple e imparcial de estimar al muestrear uniformemente los puntos en y verificar si están dentro o fuera de ?α∈Re−αλ(S)BS

Como ejemplo de algo que no funciona del todo, supongamos que muestreamos puntos . Entonces podemos usar la estimación de Monte Carlo Pero, mientras es un estimador imparcial de , no creo que sea el caso que sea ​​un estimador imparcial de . ¿Hay alguna forma de modificar este algoritmo?kp1,…,pk∼Uniform(B)

λ(S)≈λ^:=#{pi∈S}kλ(B).
λ^λ(S)e−αλ^e−αλ(S)

Respuestas:


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Suponga que tiene los siguientes recursos disponibles:

  1. Tiene acceso a un estimador .λ^
  2. λ^ es imparcial para .λ(S)
  3. λ^ C es casi seguro acotado superiormente por .C
  4. Conoces la constante , yC
  5. Puede realizar realizaciones independientes de tantas veces como desee.λ^

Ahora, tenga en cuenta que para cualquier , se cumple lo siguiente (por la expansión de Taylor de ):u>0exp⁡x

e−αλ(S)=e−αC⋅eα(C−λ(S))=e−αC⋅∑k⩾0(α[C−λ(S)])kk!=e−αC⋅eu⋅∑k⩾0e−u⋅(α[C−λ(S)])kk!=eu−αC⋅∑k⩾0uke−uk!(α[C−λ(S)]u)k

Ahora, haga lo siguiente:

  1. Muestra .K∼Poisson(u)
  2. Forme como estimadores imparciales de .λ^1,⋯,λ^Kλ(S)
  3. Devuelve el estimador

Λ^=eu−αC⋅(αu)K⋅∏i=1K{C−λ^i}.

Λ^ es entonces un estimador no negativo e imparcial de . Esto es porqueλ(S)

E[Λ^|K]=eu−αC⋅(αu)KE[∏i=1K{C−λ^i}|K]=eu−αC⋅(αu)K∏i=1KE[C−λ^i]=eu−αC⋅(αu)K∏i=1K[C−λ(S)]=eu−αC⋅(αu)K[C−λ(S)]K

y por lo tanto

E[Λ^]=EK[E[Λ^|K]]=EK[eu−αC⋅(αu)K[C−λ(S)]K]=eu−αC⋅∑k⩾0P(K=k)(αu)K[C−λ(S)]K=eu−αC⋅∑k⩾0uke−uk!(α[C−λ(S)]u)k=e−αλ(S)

por el cálculo anterior.


¡Interesante! ¿El estimador de descrito en la pregunta no funciona aquí, ya que está limitado anteriormente por ? Además, ¿cómo es que esto no contradice la respuesta de @whuber a continuación? ¿Hay un argumento fácil por qué esto es imparcial? Perdón por muchas preguntas, mi teoría de la probabilidad es débil :-)λ^λ(B)<∞
— Justin Solomon

1
El estimador que describe funciona, ya que sabe . Creo que esto no contradice la otra respuesta debido a la suposición ; dado el acceso finito a estimadores imparciales, no creo que esta construcción funcione. La imparcialidad se produce al comparar la expectativa de con la serie de poder anterior; Lo aclararé en la respuesta. λ(B)5Λ^
— πr8

¿Está seguro de que puede intercambiar el producto y las expectativas en la segunda línea de la prueba de imparcialidad?
— jbowman

2
Parece que está bien porque están calculados con iid, ¿verdad?
— Justin Solomon el

2
+1 Creo que este es un ejemplo interesante e instructivo. Tiene éxito al no hacer una suposición implícita en mi respuesta: que el tamaño de la muestra está especificado o al menos limitado.
— whuber

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La respuesta es negativa.

Una estadística suficiente para una muestra uniforme es el recuento de puntos que se observan en Este recuento tiene una distribución Binomial . Escriba yXS.(n,λ(S)/λ(B))p=λ(S)/λ(B)α′=αλ(B).

Para un tamaño de muestra de deje ser cualquier estimador (no aleatorizado) de La expectativa esn,tnexp⁡(−αλ(S))=exp⁡(−(αλ(B))p)=exp⁡(−α′p).

E[tn(X)]=∑x=0n(nx)px(1−p)n−xtn(x),

que es igual a un polinomio de grado como máximo en Pero si la exponencial no puede expresarse como un polinomio en (Una prueba: tome derivadas. El resultado para la expectativa será cero pero la derivada de la exponencial, que en sí misma es exponencial en no puede ser cero).np.α′p≠0,exp⁡(−α′p)p.n+1p,

La demostración para estimadores aleatorios es casi la misma: al tomar las expectativas, nuevamente obtenemos un polinomio enp.

En consecuencia, no existe un estimador imparcial.


1
Ah, eso es una decepción! Gracias por la buena prueba. Pero, la serie de Taylor para converge bastante rápido --- ¿tal vez hay un estimador "aproximadamente imparcial" por ahí? No estoy seguro de lo que eso significa (no soy un gran estadístico :-))exp⁡(t)
— Justin Solomon

¿Qué tan rápido, exactamente? La respuesta depende del valor de y ahí radica su problema, porque no sabe cuál es ese valor. Solo sabe que se encuentra entre y Puede usar eso para establecer un límite en el sesgo si lo desea. α′p0α.
— whuber

En mi solicitud espero para ocupar una gran parte de . Me gustaría utilizar este valor en una relación de aceptación Metropolis-Hastings pseudo-marginal, no estoy seguro si ese método puede manejar incluso niveles controlables de sesgo ...SB
— Justin Salomón

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Por cierto, ¡realmente agradecería tus pensamientos sobre la otra respuesta a esta pregunta!
— Justin Solomon
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