$f$-divergences, which quantify discrepancy between probability distributions, are ubiquitous in information theory, machine learning, and statistics. While there are numerous methods for estimating $f$-divergences from data, a limit distribution theory, which quantifies fluctuations of the estimation error, is largely obscure. As limit theorems are pivotal for valid statistical inference, to close this gap, we develop a general methodology for deriving distributional limits for $f$-divergences based on the functional delta method and Hadamard directional differentiability. Focusing on four prominent $f$-divergences -- Kullback-Leibler divergence, $\chi^2$ divergence, squared Hellinger distance, and total variation distance -- we identify sufficient conditions on the population distributions for the existence of distributional limits and characterize the limiting variables. These results are used to derive one- and two-sample limit theorems for Gaussian-smoothed $f$-divergences, both under the null and the alternative. Finally, an application of the limit distribution theory to auditing differential privacy is proposed and analyzed for significance level and power against local alternatives.


翻译:$f$-散度用于量化概率分布之间的差异,在信息论、机器学习和统计学中无处不在。尽管已有多种从数据中估计$f$-散度的方法,但量化估计误差波动的极限分布理论却仍不明确。由于极限定理对于有效的统计推断至关重要,为填补这一空白,我们基于函数delta方法和哈达玛方向可微性,提出了一种推导$f$-散度分布极限的通用方法论。聚焦于四种重要的$f$-散度——Kullback-Leibler散度、$\chi^2$散度、平方Hellinger距离和全变差距离——我们识别了总体分布上存在分布极限的充分条件,并刻画了极限变量。这些结果被用于推导高斯平滑$f$-散度的单样本和双样本极限定理,涵盖原假设和备择假设两种情形。最后,我们提出并分析了极限分布理论在差分隐私审计中的应用,针对显著性水平和局部备择假设下的检验功效进行了评估。

0
下载
关闭预览

相关内容

自动结构变分推理,Automatic structured variational inference
专知会员服务
41+阅读 · 2020年2月10日
ExBert — 可视化分析Transformer学到的表示
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月16日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
可解释AI(XAI)工具集—DrWhy
专知
25+阅读 · 2019年6月4日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年11月27日
VIP会员
最新内容
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
2+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
5+阅读 · 7月27日
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
7+阅读 · 7月27日
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
6+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
9+阅读 · 7月26日
《反无人机交战场景下的战斗归零研究》
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
相关VIP内容
自动结构变分推理,Automatic structured variational inference
专知会员服务
41+阅读 · 2020年2月10日
ExBert — 可视化分析Transformer学到的表示
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月16日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
可解释AI(XAI)工具集—DrWhy
专知
25+阅读 · 2019年6月4日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员