जब एक विश्लेषणात्मक जेकबियन उपलब्ध होता है, तो क्या


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मान लीजिए कि मैं कुछ मॉडल मापदंडों की गणना कर रहा हूं, जो मेरे योग को कम कर रहे हैं, और मुझे लगता है कि मेरी त्रुटियां गौसियन हैं। मेरा मॉडल विश्लेषणात्मक व्युत्पन्न पैदा करता है, इसलिए ऑप्टिमाइज़र को परिमित अंतर का उपयोग करने की आवश्यकता नहीं है। एक बार फिट पूरा होने के बाद, मैं फिट किए गए मापदंडों की मानक त्रुटियों की गणना करना चाहता हूं।

आमतौर पर, इस स्थिति में, त्रुटि फ़ंक्शन के हेस्सियन को सहसंयोजक मैट्रिक्स से संबंधित होने के लिए लिया जाता है: जहां अवशेषों का प्रसरण है।σ 2

σ2H1=C
σ2

जब त्रुटि का कोई विश्लेषणात्मक व्युत्पन्न उपलब्ध नहीं होता है, तो आमतौर पर हेसियन की गणना करना अव्यावहारिक होता है, इसलिए को एक अच्छे सन्निकटन के रूप में लिया जाता है।JTJ

हालाँकि, मेरे मामले में, मुझे एक विश्लेषणात्मक J मिला है, इसलिए यह मेरे लिए अपेक्षाकृत अलग है कि मैं परिमित जे।

तो, मेरा सवाल यह है: क्या यह मेरे सटीक J का उपयोग करते हुए एच के लगभग अनुमानित होगा और उपरोक्त सन्निकटन को लागू करने के लिए, या परिमित जी द्वारा एच को अनुमानित करने के लिए अधिक सटीक होगा?

जवाबों:


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अच्छा प्रश्न। सबसे पहले, याद है, जहां इस सन्निकटन से आता है। चलो ( एक्स मैं , y मैं ) अपने डेटा अंक हो, ( ) अपने मॉडल हो सकता है और बीटा अपने मॉडल के मापदंडों हो। फिर गैर-रैखिक कम से कम वर्गों की समस्या का उद्देश्य फ़ंक्शन 1 हैHJTJ(xi,yi)f()βजहाँrअवशिष्टों का सदिश है,ri=yi-f(xi,β)। उद्देश्य समारोह का सही हेस्सियन हैएच=जम्मूटीजे+Σआरमैं2आरमैं। तो इस सन्निकटन में त्रुटि हैएच-जम्मूटीजे=Σआरमैं2आरमैं12rTrrri=yif(xi,β)H=JTJ+ri2riHJTJ=ri2ri। यह एक अच्छा सन्निकटन है जब अवशिष्ट, स्वयं, छोटे होते हैं; या जब अवशिष्ट के 2 व्युत्पन्न छोटा है। रैखिक कम से कम वर्गों को एक विशेष मामला माना जा सकता है जहां अवशेषों का दूसरा व्युत्पन्न शून्य है।

परिमित अंतर सन्निकटन के लिए, यह अपेक्षाकृत सस्ता है। एक केंद्रीय अंतर की गणना करने के लिए, आपको जैकोबियन को अतिरिक्त बार एन का मूल्यांकन करने की आवश्यकता होगी (एक अतिरिक्त अंतर से आपको एन अतिरिक्त मूल्यांकन खर्च होंगे , इसलिए मैं परेशान नहीं करूंगा)। केंद्रीय अंतर सन्निकटन की त्रुटि के लिए आनुपातिक है 4 आर और एच 2 , जहां कदम आकार है। इष्टतम कदम आकार है ~ ε 12nn4rh2h , जहांεमशीन परिशुद्धता है। इसलिए जब तक अवशिष्टों का व्युत्पन्न प्रवाह नहीं हो रहा है, यह बहुत स्पष्ट है कि परिमित अंतर सन्निकटन बेहतर होना चाहिए। मुझे यह इंगित करना चाहिए कि गणना कम से कम है, लेकिन बहीखाता पद्धति निर्विवाद है। याकूब पर प्रत्येक परिमित अंतर आपको प्रत्येक अवशिष्ट के लिए हेसियन की एक पंक्ति देगा। फिर आपको उपरोक्त सूत्र का उपयोग करके हेसियन को फिर से इकट्ठा करना होगा।hϵ13ϵ

हालाँकि, एक तीसरा विकल्प है। यदि आपका सॉल्वर क्वैसी-न्यूटन विधि (डीएफपी, बीएफजीएस, ब्रायोडेन, आदि) का उपयोग करता है, तो यह पहले से ही प्रत्येक पुनरावृत्ति पर हेसियन को अनुमानित कर रहा है। सन्निकटन काफी अच्छा हो सकता है, क्योंकि यह प्रत्येक पुनरावृत्ति से उद्देश्य समारोह और ढाल मूल्यों का उपयोग करता है। अधिकांश सॉल्वर आपको अंतिम हेसियन अनुमान (या इसके व्युत्क्रम) तक पहुंच प्रदान करेंगे। अगर यह आपके लिए एक विकल्प है, तो मैं इसका उपयोग हेसियन अनुमान के रूप में करूंगा। यह पहले से ही संगणित है और यह शायद एक बहुत अच्छा अनुमान है।


बहुत बढ़िया प्रतिक्रिया, धन्यवाद। प्रत्येक मामले में अनुमान त्रुटि की तुलना के साथ इसे सही ठहराना बहुत ही ज्ञानवर्धक है। मैं पूछ सकता है आप कैसे जानते हैं कि परिमित अंतर के लिए इष्टतम कदम है? मैंने ऐसा पहले कभी नहीं देखा। ϵ1/3
कॉलिन के

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hhε ( एक्स )h2f(x)~ε1ϵf(x)hhhϵ13

3
यह केवल केंद्रीय अंतरों के लिए है। आगे के मतभेदों के लिए, इष्टतम चरण आकार । अन्य चालें भी हैं। उदाहरण के लिए, सुनिश्चित करें कि आप वास्तव में जानते हैं कि क्या है। मुझे पता है कि यह मूर्खतापूर्ण लगता है, लेकिन अजीब चीजें फ्लोटिंग पॉइंट अंकगणित में हो सकती हैं। यहाँ सुनिश्चित करें कि आप का सही मूल्य बनाने के लिए एक आसान तरीका है : । गणितीय रूप से, निश्चित रूप से, । लेकिन यदि आप ऐसे मानों का उपयोग करते हैं जो फ्लोटिंग पॉइंट (जैसे ) में दर्शाए नहीं जा सकते , तो आप देखेंगे कि ऐसा नहीं है। hhhactual=hdesir redh=0.0001hϵ12hhh_actual = (x + h_desired) - xhactual=hdesiredh=0.0001
बिल वोस्नर

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साइकोरैक्स का कहना है कि

2
हे भगवान। हेसियन का एक अर्ध-न्यूटन सन्निकटन हेसियन का एक भयानक अनुमान हो सकता है, और इसलिए सहसंयोजक मैट्रिक्स का बहुत खराब अनुमान होता है। यह इष्टतम के लिए एल्गोरिथ्म की प्रगति को सुविधाजनक बनाने के लिए अच्छी तरह से सेवा कर सकता है, लेकिन हेसियन के अनुमान के रूप में काफी खराब हो सकता है।
मार्क एल। स्टोन
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