간단한 방법은 적분 영역을 래스터 화하고 적분에 대한 이산 근사를 계산하는 것입니다.
주의해야 할 사항이 있습니다.
포인트의 범위보다 더 많은 것을 포함해야합니다. 커널 밀도 추정치가 인식 가능한 값을 가질 모든 위치를 포함해야합니다. 즉, 포인트의 범위를 커널 대역폭의 3 ~ 4 배로 확장해야합니다 (가우스 커널의 경우).
래스터의 해상도에 따라 결과가 약간 다를 수 있습니다. 해상도는 대역폭의 작은 부분이어야합니다. 계산 시간은 래스터의 셀 수에 비례하기 때문에 의도 한 것보다 거친 해상도를 사용하여 일련의 계산을 수행하는 데 거의 시간이 걸리지 않습니다. 최고의 해상도. 그렇지 않은 경우 더 정밀한 해상도가 필요할 수 있습니다.
다음은 256 포인트의 데이터 세트에 대한 그림입니다.
포인트는 두 개의 커널 밀도 추정치에 겹쳐진 검은 점으로 표시됩니다. 6 개의 큰 적색 점은 알고리즘이 평가되는 "프로브"입니다. 이것은 1000 x 1000 셀의 해상도에서 4 개의 대역폭 (기본적으로 1.8 (수직)과 3 (수평), 1/2, 1, 5 단위)에 대해 수행되었습니다. 다음 산점도 매트릭스는 결과가 6 가지 프로브 포인트의 대역폭에 얼마나 강한 영향을 미치는지를 보여줍니다.
변형은 두 가지 이유로 발생합니다. 분명히 밀도 추정치가 다르므로 한 가지 형태의 변동이 발생합니다. 더 중요한 것은 밀도 추정치의 차이가 단일 ( "프로브") 지점에서 큰 차이를 만들 수 있다는 것 입니다. 후자의 변형은 점 군집의 중간 밀도 "정지"주위에서 가장 큽니다.이 계산이 가장 많이 사용되는 위치입니다.
이는 이러한 계산 결과를 사용하고 해석 할 때 상당한주의가 필요하다는 것을 보여줍니다. 이는 상대적으로 임의의 결정 (사용할 대역폭)에 매우 민감 할 수 있기 때문입니다.
R 코드
이 알고리즘은 첫 번째 함수의 6 줄에 포함되어 f있습니다. 사용법을 설명하기 위해 나머지 코드는 앞의 그림을 생성합니다.
library(MASS) # kde2d
library(spatstat) # im class
f <- function(xy, n, x, y, ...) {
#
# Estimate the total where the density does not exceed that at (x,y).
#
# `xy` is a 2 by ... array of points.
# `n` specifies the numbers of rows and columns to use.
# `x` and `y` are coordinates of "probe" points.
# `...` is passed on to `kde2d`.
#
# Returns a list:
# image: a raster of the kernel density
# integral: the estimates at the probe points.
# density: the estimated densities at the probe points.
#
xy.kde <- kde2d(xy[1,], xy[2,], n=n, ...)
xy.im <- im(t(xy.kde$z), xcol=xy.kde$x, yrow=xy.kde$y) # Allows interpolation $
z <- interp.im(xy.im, x, y) # Densities at the probe points
c.0 <- sum(xy.kde$z) # Normalization factor $
i <- sapply(z, function(a) sum(xy.kde$z[xy.kde$z < a])) / c.0
return(list(image=xy.im, integral=i, density=z))
}
#
# Generate data.
#
n <- 256
set.seed(17)
xy <- matrix(c(rnorm(k <- ceiling(2*n * 0.8), mean=c(6,3), sd=c(3/2, 1)),
rnorm(2*n-k, mean=c(2,6), sd=1/2)), nrow=2)
#
# Example of using `f`.
#
y.probe <- 1:6
x.probe <- rep(6, length(y.probe))
lims <- c(min(xy[1,])-15, max(xy[1,])+15, min(xy[2,])-15, max(xy[2,]+15))
ex <- f(xy, 200, x.probe, y.probe, lim=lims)
ex$density; ex$integral
#
# Compare the effects of raster resolution and bandwidth.
#
res <- c(8, 40, 200, 1000)
system.time(
est.0 <- sapply(res,
function(i) f(xy, i, x.probe, y.probe, lims=lims)$integral))
est.0
system.time(
est.1 <- sapply(res,
function(i) f(xy, i, x.probe, y.probe, h=1, lims=lims)$integral))
est.1
system.time(
est.2 <- sapply(res,
function(i) f(xy, i, x.probe, y.probe, h=1/2, lims=lims)$integral))
est.2
system.time(
est.3 <- sapply(res,
function(i) f(xy, i, x.probe, y.probe, h=5, lims=lims)$integral))
est.3
results <- data.frame(Default=est.0[,4], Hp5=est.2[,4],
H1=est.1[,4], H5=est.3[,4])
#
# Compare the integrals at the highest resolution.
#
par(mfrow=c(1,1))
panel <- function(x, y, ...) {
points(x, y)
abline(c(0,1), col="Red")
}
pairs(results, lower.panel=panel)
#
# Display two of the density estimates, the data, and the probe points.
#
par(mfrow=c(1,2))
xy.im <- f(xy, 200, x.probe, y.probe, h=0.5)$image
plot(xy.im, main="Bandwidth=1/2", col=terrain.colors(256))
points(t(xy), pch=".", col="Black")
points(x.probe, y.probe, pch=19, col="Red", cex=.5)
xy.im <- f(xy, 200, x.probe, y.probe, h=5)$image
plot(xy.im, main="Bandwidth=5", col=terrain.colors(256))
points(t(xy), pch=".", col="Black")
points(x.probe, y.probe, pch=19, col="Red", cex=.5)
