We study nonparametric covariance function estimation for functional data observed with noise at discrete locations on a $d$-dimensional domain. Estimating the covariance function from discretely observed data is a challenging nonparametric problem, particularly in multidimensional settings, since the covariance function is defined on a product domain and thus suffers from the curse of dimensionality. This motivates the use of adaptive estimators, such as deep learning estimators. However, existing theoretical results are largely limited to estimators with explicit analytic representations, and the properties of general learning-based estimators remain poorly understood. We establish an oracle inequality for a broad class of learning-based estimators that applies to both sparse and dense observation regimes in a unified manner, and derive convergence rates for deep learning estimators over several classes of covariance functions. The resulting rates suggest that structural adaptation can mitigate the curse of dimensionality, similarly to classical nonparametric regression. We further compare the convergence rates of learning-based estimators with several existing procedures. For a one-dimensional smoothness class, deep learning estimators are suboptimal, whereas local linear smoothing estimators achieve a faster rate. For a structured function class, however, deep learning estimators attain the minimax rate up to polylogarithmic factors, whereas local linear smoothing estimators are suboptimal. These results reveal a distinctive adaptivity-variance trade-off in covariance function estimation.


翻译:我们研究了在 $d$ 维域上离散位置含噪声观测的函数型数据中,协方差函数的非参数估计问题。从离散观测数据估计协方差函数是一个具有挑战性的非参数问题,尤其是在多维场景下,因为协方差函数定义在乘积域上,从而受到维度诅咒的影响。这激发了自适应估计量(如深度学习估计量)的应用。然而,现有理论结果主要局限于具有显式解析表示的估计量,而基于学习的通用估计量的性质仍知之甚少。我们针对一类广泛的基于学习的估计量建立了风险上界不等式,该不等式以统一的方式适用于稀疏和密集观测机制,并推导了深度学习估计量在若干类协方差函数上的收敛速率。所得速率表明,结构自适应可缓解维度诅咒,类似于经典的非参数回归。我们进一步将基于学习的估计量的收敛速率与若干现有方法进行了比较。对于一维光滑类,深度学习估计量是次优的,而局部线性平滑估计量实现了更快的速率。然而,对于结构化函数类,深度学习估计量达到了极小化最优速率(至多相差多对数因子),而局部线性平滑估计量则是次优的。这些结果揭示了协方差函数估计中独特的适应性-方差权衡。

0
下载
关闭预览

相关内容

【牛津大学博士论文】流形假设下的贝叶斯非参数估计
专知会员服务
19+阅读 · 2025年5月1日
【MIT博士论文】非参数因果推理的算法方法,424页pdf
专知会员服务
84+阅读 · 2022年9月20日
非凸优化与统计学,89页ppt,普林斯顿Yuxin Chen博士
专知会员服务
104+阅读 · 2020年6月28日
【干货书】计算机科学离散数学,627页pdf
专知
65+阅读 · 2020年8月31日
从信息论的角度来理解损失函数
深度学习每日摘要
17+阅读 · 2019年4月7日
数据分析师应该知道的16种回归方法:负二项回归
数萃大数据
74+阅读 · 2018年9月16日
详解常见的损失函数
七月在线实验室
20+阅读 · 2018年7月12日
FCS 论坛 | 孟德宇:误差建模原理
FCS
15+阅读 · 2017年8月17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
0+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
VIP会员
相关主题
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
【牛津大学博士论文】流形假设下的贝叶斯非参数估计
专知会员服务
19+阅读 · 2025年5月1日
【MIT博士论文】非参数因果推理的算法方法,424页pdf
专知会员服务
84+阅读 · 2022年9月20日
非凸优化与统计学,89页ppt,普林斯顿Yuxin Chen博士
专知会员服务
104+阅读 · 2020年6月28日
相关基金
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
0+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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