가우스 분포에서 MLE of Variance가 바이어스됨을 이해하는 방법은 무엇입니까?


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가우시안의 분산을 결정하기 위해 최대 가능성을 사용할 때 바이어스가 발생하는 방식에 대한 PRML 그림

PRML을 읽고 있는데 그림을 이해하지 못합니다. 그림을 이해하기위한 힌트와 가우시안 분포의 분산 MLE이 왜 편향 될 수 있습니까?

공식 1.55 : 공식 1.56 σ 2 M L E =1

μ미디엄엘이자형=1엔∑엔=1엔엑스엔
σ미디엄엘이자형2=1엔∑엔=1엔(엑스엔−μ미디엄엘이자형)2

자체 학습 태그를 추가하십시오.
— Stats 학생

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왜 각 그래프에 대해 하나의 파란색 데이터 포인트 만 볼 수 있습니까? btw,이 게시물에서 두 첨자의 오버플로를 편집하려고 할 때 시스템에는 "최소 6 자"가 필요합니다.
— Zhanxiong

MLE 분산 추정치가 무엇을 실제로 이해하고 싶습니까? 전자는 매우 혼란 스럽지만 후자를 설명 할 수 있습니다.
— TrynnaDoStat

예, 새 버전에서 각 그래프에 두 개의 파란색 데이터가 있음을 발견했습니다. 내 PDF는 오래되었습니다.
— ningyuwhut

@TrynnaDoStat 내 질문에 대해 죄송합니다. 내가 알고 싶은 것은 분산의 MLE 추정치가 바이어스되는 이유입니다. 이 그래프에 표현 된 방식
— ningyuwhut

답변:


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직관

바이어스는 사실 (전문 용어 전혀 없음) "으"된다 에 대한 바이어스 μ 2 . 당연한 질문은 "음, 왜 E [ ˉ x 2 ] 가 μ 2에 대해 바이어스 되는지에 대한 직감은 무엇 입니까?" 직감은 제곱이 아닌 표본 평균에서 때로는 과대 평가하거나 때로는 과소 평가 하여 실제 값 μ 를 그리워한다는 것 입니다. 그러나 제곱하지 않으면 과대 평가 및 과소 평가 경향이 서로 상쇄됩니다. 그러나 우리가 ˉ x를 제곱 하면 과소 평가되는 경향이 있습니다 ( μ 의 실제 값을 놓치십시오)E[x¯2]μ2E[x¯2]μ2μx¯μ음수))도 제곱되어 양수가됩니다. 따라서 더 이상 취소되지 않으며 과대 평가되는 경향이 있습니다.

왜 뒤에 직관 경우 에 대한 바이어스 μ 2는 아직 불분명하다, 젠슨의 불평등 뒤에 직관 (좋은 직관적 인 설명을 이해하려고 여기를 )과에 적용 E [ X 2 ] .x2μ2E[x2]

iid 샘플에 대한 분산의 MLE이 편향되어 있음을 증명합시다. 그런 다음 직감을 분석적으로 확인합니다.

증명

하자 σ 2 = 1σ^2=1N∑n=1N(xn−x¯)2

E[σ^2]≠σ2

이자형[σ^2]=이자형[1엔∑엔=1엔(엑스엔−엑스¯)2]=1엔이자형[∑엔=1엔(엑스엔2−2엑스엔엑스¯+엑스¯2)]=1엔이자형[∑엔=1엔엑스엔2−∑엔=1엔2엑스엔엑스¯+∑엔=1엔엑스¯2]

및 ∑ N n = 1 ˉ x 2 = N ˉ x 2 라는 사실을 사용하여 ,∑엔=1엔엑스엔=엔엑스¯∑엔=1엔엑스¯2=엔엑스¯2

1엔이자형[∑엔=1엔엑스엔2−∑엔=1엔2엑스엔엑스¯+∑엔=1엔엑스¯2]=1엔이자형[∑엔=1엔엑스엔2−2엔엑스¯2+엔엑스¯2]=1엔이자형[∑엔=1엔엑스엔2−엔엑스¯2]=1엔이자형[∑엔=1엔엑스엔2]−이자형[엑스¯2]=1엔∑엔=1엔이자형[엑스엔2]−이자형[엑스¯2]=이자형[엑스엔2]−이자형[엑스¯2]

E [ x 2 n ] 으로 인해 이후 마지막 단계로이자형[엑스엔2] 가 동일한 분포에서 때문에 n에 걸쳐 동일 .엔

이제 σ엑스2=이자형[엑스2]−이자형[엑스]2

이자형[엑스엔2]−이자형[엑스¯2]=σ엑스2+이자형[엑스엔]2−σ엑스¯2−이자형[엑스엔]2=σ엑스2−σ엑스¯2=σ엑스2−Vㅏ아르 자형(엑스¯)=σ엑스2−Vㅏ아르 자형(1엔∑엔=1엔엑스엔)=σ엑스2−(1엔)2Vㅏ아르 자형(∑엔=1엔엑스엔)

상수의 제곱을 적절하게 제곱했습니다. 의 그 취출 때VR을()1엔Vㅏ아르 자형() . 그것에 특별한주의를 기울이십시오!

σ엑스2−(1엔)2Vㅏ아르 자형(∑엔=1엔엑스엔)=σ엑스2−(1엔)2엔σ엑스2=σ엑스2−1엔σ엑스2=엔−1엔σ엑스2

σ엑스2

직감 분석

μμμ2이자형[엑스¯2]σ^2

σ^μ2=1엔∑엔=1엔(엑스엔−μ)2

이자형[엑스엔2]−이자형[엑스¯2]엑스¯μ

이자형[엑스엔2]−이자형[μ2]=이자형[엑스엔2]−μ2=σ엑스2+이자형[엑스엔]2−μ2=σ엑스2

그것은 편견이 아닙니다!


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엑스

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설명해 주셔서 감사합니다. 이해하는데 약간의 시간이 필요하지만, 방정식에서 약간의 오류가 발견되었습니다. 감사!
— ningyuwhut

엑스
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