样本协方差谱投影子的正态逼近与集中
统计理论
2015-04-29 v1 统计理论
摘要
设 X , X 1 , … , X n X,X_1,\dots, X_n X , X 1 , … , X n 是可分希尔伯特空间 H {\mathbb H} H 中独立同分布的高斯随机变量,均值为零,协方差算子为 Σ = E ( X ⊗ X ) , \Sigma={\mathbb E}(X\otimes X), Σ = E ( X ⊗ X ) , 并令 Σ ^ : = n − 1 ∑ j = 1 n ( X j ⊗ X j ) \hat \Sigma:=n^{-1}\sum_{j=1}^n (X_j\otimes X_j) Σ ^ := n − 1 ∑ j = 1 n ( X j ⊗ X j ) 为基于 ( X 1 , … , X n ) (X_1,\dots, X_n) ( X 1 , … , X n ) 的样本(经验)协方差算子。记 P r P_r P r 为 Σ \Sigma Σ 对应于其第 r r r 个特征值 μ r \mu_r μ r 的谱投影子,P ^ r \hat P_r P ^ r 为 P r P_r P r 的经验对应物。本文的主要目标是得到关于 sup x ∈ R ∣ P { ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 − E ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 V a r 1 / 2 ( ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 ) ≤ x } − Φ ( x ) ∣ \sup_{x\in {\mathbb R}} \left|{\mathbb P}\left\{\frac{\|\hat P_r-P_r\|_2^2-{\mathbb E}\|\hat P_r-P_r\|_2^2}{{\rm Var}^{1/2}(\|\hat P_r-P_r\|_2^2)}\leq x\right\}-\Phi(x)\right| x ∈ R sup P { Var 1/2 ( ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 ) ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 − E ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 ≤ x } − Φ ( x ) 的紧界,其中 ∥ ⋅ ∥ 2 \|\cdot\|_2 ∥ ⋅ ∥ 2 表示 Hilbert--Schmidt 范数,Φ \Phi Φ 为标准正态分布函数。这种平方 Hilbert--Schmidt 误差分布的正态逼近精度用所谓的 Σ \Sigma Σ 的有效秩来刻画,定义为 r ( Σ ) = t r ( Σ ) ∥ Σ ∥ ∞ , {\bf r}(\Sigma)=\frac{{\rm tr}(\Sigma)}{\|\Sigma\|_{\infty}}, r ( Σ ) = ∥Σ ∥ ∞ tr ( Σ ) , 其中 t r ( Σ ) {\rm tr}(\Sigma) tr ( Σ ) 为 Σ \Sigma Σ 的迹,∥ Σ ∥ ∞ \|\Sigma\|_{\infty} ∥Σ ∥ ∞ 为其算子范数,以及另一个刻画 V a r ( ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 ) {\rm Var}(\|\hat P_r-P_r\|_2^2) Var ( ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 ) 大小的参数。其他结果包括关于均方 Hilbert--Schmidt 范数误差 E ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 {\mathbb E}\|\hat P_r-P_r\|_2^2 E ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 和方差 V a r ( ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 ) {\rm Var}(\|\hat P_r-P_r\|_2^2) Var ( ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 ) 的非渐近界与渐近表示,以及 ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 \|\hat P_r-P_r\|_2^2 ∥ P ^ r − P r ∥ 2 2 围绕其期望的集中不等式。
引用
@article{arxiv.1504.07333,
title = {Normal approximation and concentration of spectral projectors of sample covariance},
author = {Vladimir Koltchinskii and Karim Lounici},
journal= {arXiv preprint arXiv:1504.07333},
year = {2015}
}
备注
arXiv admin note: text overlap with arXiv:1408.4643