分散のMLEがガウス分布でバイアスされていることを理解するにはどうすればよいですか?


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最尤法を使用してガウスの分散を決定する際にバイアスが発生する方法のPRML図

PRMLを読んでいて、画像が理解できません。絵を理解するためのヒントと、ガウス分布の分散のMLEが偏っている理由を教えてください。

式1.55: 式1.56 σ 2 M L E =1

μMLE=1N∑n=1Nxn
σMLE2=1N∑n=1N(xn−μMLE)2

自習タグを付けてください。
— StatsStudent 2015

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グラフごとに、青いデータポイントが1つしか表示されないのはなぜですか?ところで、この投稿で2つの添え字のオーバーフローを編集しようとしていましたが、システムには「少なくとも6文字」が必要です...恥ずかしいです。
— Zhanxiong 2015

あなたは本当に何を理解したいですか、その状況、または分散のMLE推定が偏っている理由は何ですか?前者は非常に混乱しますが、後者について説明できます。
— TrynnaDoStat 2015

ええ、私は私のPDFファイルが古い、各グラフは、2つの青色のデータを持っている新しいバージョンで見つかった
— ningyuwhut

@TrynnaDoStat私の質問は申し訳ありませんが明確ではありません。私が知りたいのは、分散のMLE推定が偏っている理由です。そして、これがこのグラフでどのように表現されるか
— ニンギューワット

回答:


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直感

E[x¯2]μ2E[x¯2]μ2μx¯μ負の数)も2乗され、正になります。そのため、相殺されなくなり、過大評価する傾向があります。

x2μ2E[x2]

iidサンプルの分散のMLEがバイアスされていることを証明しましょう。次に、分析を行って直感を検証します。

証明

σ^2=1N∑n=1N(xn−x¯)2

E[σ^2]≠σ2

E[σ^2]=E[1N∑n=1N(xn−x¯)2]=1NE[∑n=1N(xn2−2xnx¯+x¯2)]=1NE[∑n=1Nxn2−∑n=1N2xnx¯+∑n=1Nx¯2]

∑n=1Nxn=Nx¯∑n=1Nx¯2=Nx¯2

1NE[∑n=1Nxn2−∑n=1N2xnx¯+∑n=1Nx¯2]=1NE[∑n=1Nxn2−2Nx¯2+Nx¯2]=1NE[∑n=1Nxn2−Nx¯2]=1NE[∑n=1Nxn2]−E[x¯2]=1N∑n=1NE[xn2]−E[x¯2]=E[xn2]−E[x¯2]

E[xn2]n

σx2=E[x2]−E[x]2

E[xn2]−E[x¯2]=σx2+E[xn]2−σx¯2−E[xn]2=σx2−σx¯2=σx2−Var(x¯)=σx2−Var(1N∑n=1Nxn)=σx2−(1N)2Var(∑n=1Nxn)

1NVar()

σx2−(1N)2Var(∑n=1Nxn)=σx2−(1N)2Nσx2=σx2−1Nσx2=N−1Nσx2

σx2

直感を分析的に検証する

μμμ2E[x¯2]σ^2

σ^μ2=1N∑n=1N(xn−μ)2

E[xn2]−E[x¯2]x¯μ

E[xn2]−E[μ2]=E[xn2]−μ2=σx2+E[xn]2−μ2=σx2

公平です!


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ご説明ありがとうございます。理解するのに少し時間が必要ですが、方程式にエラーが見つかりました。確認できますか?ありがとう!
— ningyuwhut 2015

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