We study sequential mean estimation in $\mathbb{R}^d$. In particular, we derive time-uniform confidence spheres -- confidence sphere sequences (CSSs) -- which contain the mean of random vectors with high probability simultaneously across all sample sizes. Our results include a dimension-free CSS for log-concave random vectors, a dimension-free CSS for sub-Gaussian random vectors, and CSSs for sub-$\psi$ random vectors (which includes sub-gamma, sub-Poisson, and sub-exponential distributions). Many of our results are optimal. For sub-Gaussian distributions we also provide a CSS which tracks a time-varying mean, generalizing Robbins' mixture approach to the multivariate setting. Finally, we provide several CSSs for heavy-tailed random vectors (two moments only). Our bounds hold under a martingale assumption on the mean and do not require that the observations be iid. Our work is based on PAC-Bayesian theory and inspired by an approach of Catoni and Giulini.


翻译:我们研究 $\mathbb{R}^d$ 中的序贯均值估计问题。特别地,我们推导了时域一致置信球面——置信球面序列(CSSs)——该序列以高概率同时覆盖所有样本量下的随机向量均值。我们的结果包括:对数凹随机向量的维度无关CSS、亚高斯随机向量的维度无关CSS,以及亚-$\psi$ 随机向量(包含亚伽马、亚泊松和亚指数分布)的CSS。其中许多结果具有最优性。对于亚高斯分布,我们还提出了一种能追踪时变均值的CSS,将罗宾斯混合方法推广到多元场景。最后,我们为仅具有二阶矩的重尾随机向量提供了若干CSS。我们的边界在均值满足鞅假设的条件下成立,且不要求观测值独立同分布。本研究基于PAC-贝叶斯理论,并受到卡托尼和朱利尼方法的启发。

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