Consider a random sample $(X_{1},\ldots,X_{n})$ from an unknown discrete distribution $P=\sum_{j\geq1}p_{j}\delta_{s_{j}}$ on a countable alphabet $\mathbb{S}$, and let $(Y_{n,j})_{j\geq1}$ be the empirical frequencies of distinct symbols $s_{j}$'s in the sample. We consider the problem of estimating the $r$-order missing mass, which is a discrete functional of $P$ defined as $$\theta_{r}(P;\mathbf{X}_{n})=\sum_{j\geq1}p^{r}_{j}I(Y_{n,j}=0).$$ This is generalization of the missing mass whose estimation is a classical problem in statistics, being the subject of numerous studies both in theory and methods. First, we introduce a nonparametric estimator of $\theta_{r}(P;\mathbf{X}_{n})$ and a corresponding non-asymptotic confidence interval through concentration properties of $\theta_{r}(P;\mathbf{X}_{n})$. Then, we investigate minimax estimation of $\theta_{r}(P;\mathbf{X}_{n})$, which is the main contribution of our work. We show that minimax estimation is not feasible over the class of all discrete distributions on $\mathbb{S}$, and not even for distributions with regularly varying tails, which only guarantee that our estimator is consistent for $\theta_{r}(P;\mathbf{X}_{n})$. This leads to introduce the stronger assumption of second-order regular variation for the tail behaviour of $P$, which is proved to be sufficient for minimax estimation of $\theta_r(P;\mathbf{X}_{n})$, making the proposed estimator an optimal minimax estimator of $\theta_{r}(P;\mathbf{X}_{n})$. Our interest in the $r$-order missing mass arises from forensic statistics, where the estimation of the $2$-order missing mass appears in connection to the estimation of the likelihood ratio $T(P,\mathbf{X}_{n})=\theta_{1}(P;\mathbf{X}_{n})/\theta_{2}(P;\mathbf{X}_{n})$, known as the "fundamental problem of forensic mathematics". We present theoretical guarantees to nonparametric estimation of $T(P,\mathbf{X}_{n})$.


翻译:考虑来自可数字母表 $\mathbb{S}$ 上未知离散分布 $P=\sum_{j\geq1}p_{j}\delta_{s_{j}}$ 的随机样本 $(X_{1},\ldots,X_{n})$,并令 $(Y_{n,j})_{j\geq1}$ 为样本中不同符号 $s_{j}$ 的经验频率。我们研究 $r$ 阶缺失质量的估计问题,该量定义为 $$ heta_{r}(P;\mathbf{X}_{n})=\sum_{j\geq1}p^{r}_{j}I(Y_{n,j}=0),$$ 是 $P$ 的离散泛函。这是缺失质量的推广形式,其估计是统计学中的经典问题,在理论和方法上均有广泛研究。首先,我们基于 $ heta_{r}(P;\mathbf{X}_{n})$ 的集中性质,引入该量的非参数估计量及相应的非渐近置信区间。随后,我们研究 $ heta_{r}(P;\mathbf{X}_{n})$ 的极小极大估计,这是本文的主要贡献。我们证明,对于 $\mathbb{S}$ 上所有离散分布构成的类,甚至对于仅能保证估计量对 $ heta_{r}(P;\mathbf{X}_{n})$ 具有一致性的正则变化尾部分布,极小极大估计均不可行。这促使我们引入更强的假设——$P$ 的尾部行为具有二阶正则变化性,并证明该条件足以实现 $ heta_{r}(P;\mathbf{X}_{n})$ 的极小极大估计,使所提出的估计量成为 $ heta_{r}(P;\mathbf{X}_{n})$ 的最优极小极大估计。我们对 $r$ 阶缺失质量的兴趣源于法医统计学,其中 $2$ 阶缺失质量的估计与似然比 $T(P,\mathbf{X}_{n})= heta_{1}(P;\mathbf{X}_{n})/ heta_{2}(P;\mathbf{X}_{n})$(被称为“法医数学基本问题”)的估计相关联。我们为 $T(P,\mathbf{X}_{n})$ 的非参数估计提供了理论保障。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2022新书】数据科学的实用线性代数,328页pdf
专知会员服务
138+阅读 · 2022年9月17日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015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 · 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
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月17日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月16日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月15日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24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
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015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 · 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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员