Model degrees of freedom ($\df$) is a fundamental concept in statistics because it quantifies the flexibility of a fitting procedure and is indispensable in model selection. The $\df$ is often intuitively equated with the number of independent variables in the fitting procedure. But for adaptive regressions that perform variable selection (e.g., the best subset regressions), the model $\df$ is larger than the number of selected variables. The excess part has been defined as the \emph{search degrees of freedom} ($\sdf$) to account for model selection. However, this definition is limited since it does not consider fitting procedures in augmented space, such as splines and regression trees; and it does not use the same fitting procedure for $\sdf$ and $\df$. For example, the lasso's $\sdf$ is defined through the \emph{relaxed} lasso's $\df$ instead of the lasso's $\df$. Here we propose a \emph{modified search degrees of freedom} ($\msdf$) to directly account for the cost of searching in the original or augmented space. Since many fitting procedures can be characterized by a linear operator, we define the search cost as the effort to determine such a linear operator. When we construct a linear operator for the lasso via the iterative ridge regression, $\msdf$ offers a new perspective for its search cost. For some complex procedures such as the multivariate adaptive regression splines (MARS), the search cost needs to be pre-determined to serve as a tuning parameter for the procedure itself, but it might be inaccurate. To investigate the inaccurate pre-determined search cost, we develop two concepts, \emph{nominal} $\df$ and \emph{actual} $\df$, and formulate a property named \emph{self-consistency} when there is no gap between the \emph{nominal} $\df$ and the \emph{actual} $\df$.


翻译:模型自由度($\df$)是统计学中的基础概念,因它量化了拟合过程的灵活性,在模型选择中不可或缺。$\df$常被直观地等同于拟合过程中自变量的数量。但对于执行变量选择的自适应回归(如最优子集回归),模型$\df$大于所选变量的数量。超出部分被定义为搜索自由度($\sdf$)以解释模型选择。然而,此定义存在局限:它未考虑增广空间中的拟合过程(如样条和回归树),且$\sdf$与$\df$使用了不同的拟合过程。例如,lasso的$\sdf$是通过放松型lasso(relaxed lasso)的$\df$而非lasso本身的$\df$定义的。本文提出修正搜索自由度($\msdf$),直接量化原始空间或增广空间中的搜索代价。由于许多拟合过程可由线性算子表征,我们将搜索代价定义为确定此类线性算子所需的努力。当通过迭代岭回归为lasso构建线性算子时,$\msdf$为其搜索代价提供了新视角。对于多元自适应回归样条(MARS)等复杂过程,搜索代价需预先设定以作为该过程本身的调优参数,但可能不精确。为探究不精确的预设搜索代价,我们引入名义自由度(nominal $\df$)与实际自由度(actual $\df$)两个概念,并在名义$\df$与实际$\df$无差异时提出自洽性(self-consistency)这一性质。

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