Recently established, directed dependence measures for pairs $(X,Y)$ of random variables build upon the natural idea of comparing the conditional distributions of $Y$ given $X=x$ with the marginal distribution of $Y$. They assign pairs $(X,Y)$ values in $[0,1]$, the value is $0$ if and only if $X,Y$ are independent, and it is $1$ exclusively for $Y$ being a function of $X$. Here we show that comparing randomly drawn conditional distributions with each other instead or, equivalently, analyzing how sensitive the conditional distribution of $Y$ given $X=x$ is on $x$, opens the door to constructing novel families of dependence measures $\Lambda_\varphi$ induced by general convex functions $\varphi: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$, containing, e.g., Chatterjee's coefficient of correlation as special case. After establishing additional useful properties of $\Lambda_\varphi$ we focus on continuous $(X,Y)$, translate $\Lambda_\varphi$ to the copula setting, consider the $L^p$-version and establish an estimator which is strongly consistent in full generality. A real data example and a simulation study illustrate the chosen approach and the performance of the estimator. Complementing the afore-mentioned results, we show how a slight modification of the construction underlying $\Lambda_\varphi$ can be used to define new measures of explainability generalizing the fraction of explained variance.


翻译:近期建立的针对随机变量对$(X,Y)$的方向依赖性度量,基于比较给定$X=x$条件下$Y$的条件分布与$Y$的边际分布这一自然思想。这些度量赋予$(X,Y)$对$[0,1]$区间内的值,当且仅当$X,Y$独立时取值为$0$,而当$Y$是$X$的函数时取值为$1$。本文证明,将随机抽取的条件分布相互比较,或等价地分析给定$X=x$条件下$Y$的条件分布对$x$的敏感程度,为构建由一般凸函数$\varphi: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$诱导的新型依赖性度量族$\Lambda_\varphi$开辟了道路,该族包含Chatterjee相关系数作为特例。在建立$\Lambda_\varphi$的附加有用性质后,我们聚焦于连续型$(X,Y)$,将$\Lambda_\varphi$转化为copula框架,考虑$L^p$版本,并构建在完全一般性下强相合的估计量。通过真实数据实例和模拟研究展示了所选方法及估计量的性能。作为前述结果的补充,我们展示了如何通过略微修改$\Lambda_\varphi$的底层构造来定义新的可解释性度量,从而推广解释方差的比例。

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