GLM의 MLE을 찾기 위해 IRLS 방법에 대한 간단한 직관적 설명을 제공 할 수 있습니까?


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배경:

Princeton의 GLM MLE 추정 검토 를 따르려고합니다 .

내가 MLE 추정의 기초를 이해 : likelihood, score, 관찰 및 예상 Fisher information과 Fisher scoring기술. 그리고 나는 MLE 추정으로 간단한 선형 회귀 를 정당화하는 방법을 알고 있습니다.


질문:

이 방법의 첫 번째 줄조차 이해할 수 없습니다.

다음과 같이 작업 변수 의 직관은 무엇입니까?zi

zi=η^i+(yi−μ^i)dηidμi

왜 를 추정하기 위해 대신에 사용 됩니까?yiβ

그리고 그들과의 관계 response/link function는 와 사이의 연결입니다.ημ

누구든지 간단한 설명이 있거나 이것에 대해 더 기본적인 수준의 텍스트로 안내 할 수 있다면 감사하겠습니다.


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부수적으로, 나는 전체 "GLM"프레임 워크 ( 여전히 완전히 이해하지 못함)에 대해 듣기 전에 견실 한 (M) 추정 의 맥락에서 IRLS에 대해 배웠다 . 이 방법에 대한 실제적인 관점에서, 최소 제곱의 간단한 일반화로서, 내가 처음 접한 출처를 추천합니다 : Richard Szeliski의 Computer Vision (무료 E-) 서적의 부록 B (처음 4 페이지, 좋은 예도 있습니다).
— GeoMatt22

답변:


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몇 년 전에 나는 학생들 (스페인어)을 위해 이것에 관한 논문을 썼기 때문에 여기서 그 설명을 다시 쓰려고 노력할 수 있습니다. 복잡성을 증가시키는 일련의 예를 통해 IRLS (반복적으로 가중 된 최소 제곱)를 살펴 보겠습니다. 첫 번째 예에서는 위치 규모 제품군의 개념이 필요합니다. 하자 어떤 의미에서 제로를 중심으로 밀도 함수이다. 를 정의하여 밀도 계열을 구성 할 수 있습니다 여기서 되는 스케일 파라미터 f ( x ) = f ( x ; μ , σ ) = 1f0σ>0μf0N(μ,σ)

f(x)=f(x;μ,σ)=1σf0(x−μσ)
σ>0μ위치 매개 변수입니다. 일반적으로 오차 항이 정규 분포로 모델링되는 측정 오차 모델에서 정규 분포 대신 위와 같이 위치 스케일 패밀리를 사용할 수 있습니다. 경우 표준 정규 분포이며, 상기 구조가 제공 패밀리.f0N(μ,σ)

이제 간단한 예제에서 IRLS를 사용하겠습니다. 먼저 모델 에서 밀도 ML (최대 가능성) 추정값을 Cauchy 분포는 위치 패밀리 (따라서 이는 위치 패밀리입니다). 그러나 먼저 몇 가지 표기법이 있습니다. 가중 최소 제곱 추정기 주어진다 여기서 는 가중치입니다. 우리는 의 ML 추정량이 와 같은 형식으로 표현 될 수 있음을 알 수 있습니다f ( y ) = 1

Y1,Y2,…,Yni.i.d
f(y)=1π11+(y−μ)2,y∈R,
μμ
μ∗=∑i=1nwiyi∑i=1nwi.
wiμwi잔차 의 일부 기능 우도 함수는 이고 로그 우도 함수는 대한 파생어 는 여기서 입니다. 쓰다
ϵi=yi−μ^.
L(y;μ)=(1π)n∏i=1n11+(yi−μ)2
l(y)=−nlog⁡(π)−∑i=1nlog⁡(1+(yi−μ)2).
μ
∂l(y)∂μ=0−∑∂∂μlog⁡(1+(yi−μ)2)=−∑2(yi−μ)1+(yi−μ)2⋅(−1)=∑2ϵi1+ϵi2
ϵi=yi−μf0(ϵ)=1π11+ϵ2 및 이면 우리는 발견 우리의 정의를 사용 f0′(ϵ)=1π−1⋅2ϵ(1+ϵ2)2
f0′(ϵ)f0(ϵ)=−1⋅2ϵ(1+ϵ2)211+ϵ2=−2ϵ1+ϵ2.
∂l(y)∂μ=−∑f0′(ϵi)f0(ϵi)=−∑f0′(ϵi)f0(ϵi)⋅(−1ϵi)⋅(−ϵi)=∑wiϵi
wi=f0′(ϵi)f0(ϵi)⋅(−1ϵi)=−2ϵi1+ϵi2⋅(−1ϵi)=21+ϵi2.
것을 기억 우리가 식을 구하는 IRLS의 예측 식이다. 참고ϵi=yi−μ
∑wiyi=μ∑wi,
  1. 가중치 는 항상 양수입니다.wi
  2. 잔차가 크면 해당 관측치에 가중치가 적습니다.

실제로 ML 추정기를 계산하려면 시작 값 이 필요합니다. 예를 들어 중간 값을 사용할 수 있습니다. 이 값을 사용하여 잔차 및 가중치 의 새로운 값 주어진다 이런 식으로 계속해서 우리는 및 알고리즘 의 패스 에서의 추정값 은 μ^(0)

ϵi(0)=yi−μ^(0)
wi(0)=21+ϵi(0).
μ^
μ^(1)=∑wi(0)yi∑wi(0).
ϵi(j)=yi−μ^(j)
wi(j)=21+ϵi(j).
j+1
μ^(j+1)=∑wi(j)yi∑wi(j).
시퀀스 수렴 될 때까지 계속합니다.
μ^(0),μ^(1),…,μ^(j),…

이제 우리는보다 일반적인 위치 및 스케일 패밀리 로이 프로세스를 연구합니다 . 하자 위의 밀도 독립적. 도 정의하십시오 . 로그 우도 함수는 기록 , 참고 과 로그 우도 미분 계산 f(y)=1σf0(y−μσ)Y1,Y2,…,Ynϵi=yi−μσ

l(y)=−n2log⁡(σ2)+∑log⁡(f0(yi−μσ)).
ν=σ2
∂ϵi∂μ=−1σ
∂ϵi∂ν=(yi−μ)(1ν)′=(yi−μ)⋅−12σ3.
∂l(y)∂μ=∑f0′(ϵi)f0(ϵi)⋅∂ϵi∂μ=∑f0′(ϵi)f0(ϵi)⋅(−1σ)=−1σ∑fo′(ϵi)f0(ϵi)⋅(−1ϵi)(−ϵi)=1σ∑wiϵi
이고 이것을 0과 같으면 첫 번째 예와 동일한 추정식이 제공됩니다. 그런 다음 에 대한 추정기를 검색하십시오 . σ2
∂l(y)∂ν=−n21ν+∑f0′(ϵi)f0(ϵi)⋅∂ϵi∂ν=−n21ν+∑f0′(ϵi)f0(ϵi)⋅(−(yi−μ)2σ3)=−n21ν−121σ2∑f0′(ϵi)f0(ϵi)⋅ϵi=−n21ν−121ν∑f0′(ϵi)f0(ϵi)⋅(−1ϵi)(−ϵi)⋅ϵi=−n21ν+121ν∑wiϵi2=!0.
추정기 이 경우에도 위의 반복 알고리즘을 사용할 수 있습니다.
σ2^=1n∑wi(yi−μ^)2.

다음에서는 이중 지수 모델 (알려진 척도) 및 data에 대해 R을 사용하여 수치 예를 제공합니다 y <- c(-5,-1,0,1,5). 이 데이터의 경우 ML 추정기의 실제 값은 0입니다. 초기 값은입니다 mu <- 0.5. 알고리즘의 한 단계는

  iterest <- function(y, mu) {
               w <- 1/abs(y-mu)
               weighted.mean(y,w)
               }

이 기능을 사용하면 "수동으로"반복을 수행하여 실험 할 수 있습니다. 그런 다음 반복 알고리즘을 사용하여 수행 할 수 있습니다.

mu_0 <- 0.5
repeat {mu <- iterest(y,mu_0)
        if (abs(mu_0 - mu) < 0.000001) break
        mu_0 <- mu }

연습 : 모형이 스케일 모수 분포 인 경우 반복은 가중치 연습 : 밀도가 로지스틱 인 경우 가중치가 tkσ승(ε)=1-Eε

wi=k+1k+ϵi2.
w(ϵ)=1−eϵ1+eϵ⋅−1ϵ.

여기에 남겨 두는 동안이 게시물을 계속하겠습니다.


와우, 좋은 부드러운 소개! 그러나 항상 모든 인스턴스에 대해 단일 매개 변수 를 참조하고 있으며 인용 한 소스 는 인스턴스마다 다른 에 대해 이야기 합니다. 이것은 사소한 수정입니까? 는 u Iuui
— ihadanny

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시간이 지나면 이것에 더 추가하겠습니다! 아이디어는 동일하게 유지되지만 세부 사항이 더 복잡해집니다.
— kjetil b halvorsen

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그것에 올 것이다!
— kjetil b halvorsen

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그리고 물류 밀도에 대한 가중치를 보여주는 운동에 감사드립니다. 그 과정을 통해 많은 것을 배웠습니다. 나는 분포를 모른다. 그것에 대해 아무것도 찾을 수 없었다.tk
— ihadanny

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이 설명을 계속 어딘가에 블로그 게시물을 작성 하시겠습니까? 나에게 정말 유용하고 나는 다른 사람들을 위해있을 것이라고 확신합니다 ...
— ihadanny
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