7장 Sufficiency (2)
Completeness
는 어떠한 Family 의 구성원 중 하나라고 생각하겠습니다.
즉 는 확률변수입니다.
만약에 모든 에 대해서 가 만족이 되기 위해서
에 대한 Set 을 제외한 Set 에서는 일 때,
를 에 대한 Complete Family 라고 볼 수가 있습니다.
다시 말해 가 가질 수 있는 값들 중에서 확률이 인 구간도 존재합니다. 얘네에 대해서는 가 무슨 값이든 확률이 이기 때문에 고려를 하지 않아도 됩니다. 반면에 확률이 이 아닌 모든 구간에서는 이라는 의미를 가집니다.
예시를 들겠습니다.
Complete Family 이기 위해서는 이 모든 에 대해서 만족이 되어야 합니다. Summation 부분을 그저 확장을 시키게 된다면 다음과 같이 나오게 됩니다.
여기에서 는 이 될 수 없기에 2-번째 Term 이 이랑 똑같아야합니다. 그렇기에
이 만족이 되어야 된다는 것입니다. 위의 것이 만족이 되기 위해서는 , for 가 만족이 되어야 합니다. 그렇기 때문에 저희가 관심이 있는 구간인 에서는 이며 나머지 구간에서는 이 안 나와도 상관없다는 것입니다.
하지만 의 구간은 에서 에 대한 구간과 똑같습니다.
그렇기 때문에 를 에 대한 Complete Family 라고 볼 수가 있는 것입니다.
이번에는 정규분포를 예시로 들겠습니다.
마지막이 에 대해서 다 만족이 되어야지 Completeness 가 만족이 되기에 이것을 만족시킬 수 있는 함수는 밖에 없습니다. 그렇기에 해당 통계량 는 Completeness 를 만족하는 Statistic 임을 알 수가 있습니다.
Lehmann-Scheffe Theorem
다음과 같은 Setting 을 고려하겠습니다.
A fixed Positive Integer
Complete
여기에서 만약에 가 만족이 된다면, 은 에 대한 Unique MVUE 입니다.
이것은 만약에 가 만족이 된다면, 은 에 대한 Unique MVUE 이라는 것과 같은 의미를 가집니다.
증명 :
를 에 대한 아무 Unbiased Estimator 라고 생각하겠습니다.
그럼 이전 튜터링 때 배웠던 Rao-Blackwell Theorem 에 의하면,
Equality 이 경우 가 의 Function 이면 만족이 됩니다.
그렇기 때문에 그것을 가정을 해보겠습니다.
을 에 대한 Function 이라고 가정을 하고 이 함수가 다음을 만족한다고 하겠습니다.
와 둘다 에 대한 Unbiased Estimator 들이기 때문에 다음과 같이 쓸 수가 있습니다.
아직 이 둘의 통계량이 똑같다고는 단정 지을 수는 없습니다. 둘에 대한 기댓값이 똑같은거지 둘의 분산은 똑같지 않기 때문입니다.
그래서 을 새로 정의하겠습니다.
Complete
이라는 조건이 처음에 있었습니다. 이 점을 이용하게 된다면
for all Except for 확률이 인 지점들!
그렇기 때문에 과 는 결국에는 똑같아진다는 것을 알고 있습니다.
Rao-Blackwell Theorem 의 마지막 부분에 위를 적용시킨다면,
으로 은 Unique 한 MVUE 가 됩니다.
적용 예시 :
이것에 대한 pdf 는 그럼
이전 문제에서 이 Sufficient Statistic 임을 밝힌 적이 있습니다.
그럼 의 pdf 는 다음과 같습니다.
이 Complete & Sufficient Statistic 임을 보이기 위해서 우선은 함수를 갖고 오겠습니다. Where . 이것이 의미하는 것은 다음과 같습니다.
이것을 에 대해서 미분하게 된다면 좌측의 경우 대신에 로 된 Integrand 가 나오며 우측은 상수이므로 그저 이 나옵니다. 그렇기에 다음으로 이어집니다.
Support 에 의하면 입니다. 그렇기에 위의 식을 만족하려면 일 수밖에 없습니다.
그렇기 때문에 은 Complete and Sufficient 한 Statistic 이 됩니다.
우측 식을 정리하면 MVUE 인 까지 구할 수 있게 됩니다.
Regular Exponential Class Conditions
는 의 Support 이 됩니다. Support 의 경우 다음과 같이 표현이 가능합니다.
이러한 Setting 에서 pdf 가 다음과 같은 조건들을 다 만족한다면 그것은 Regular Exponential Class 의 Member 라고 말할 수가 있습니다.
- does not Depend on
- is a non-trivial continuous function of , 즉 는 Constant / 상수 가 아니라는 것입니다.
3-a. If is a continuous random variable,
then and is a continuous function of
3-b. If is a discrete random variable,
then is a non-trivial function of , 즉 Constant 가 아니다.
예시 (정규분포) :
- , Does not depend on
- , Not a Constant! —> Non-trivial Continuous Function
- , , 그리고 이며 Continuous 하다
그렇기 때문에 Member of Regular Exponential Class 이다!
그럼 왜 이거를 아는 것이 중요할까요? 정리 7.5.1 에 다 있습니다
Theorem 7.5.1 & 7.5.2
정리 7.5.1 :
는 iid 하며 Regular Exponential Class Family 소속의 분포를 따라간다고 하겠습니다.
그리고 라고 두겠습니다. 그러면
- 에 대한 pdf 는 다음과 같은 형태로 나오게 됩니다.
와 둘다 에 Depend 하지 않게 됩니다.
- 이것은 해당 강의에서는 주요 내용이 아닌걸로 기억하기는 합니다.
- 이것 역시 해당 강의에서는 주요 내용이 아닌걸로 기억하기는 합니다. 하지만 2. 와 3. 와 같은 특징들도 있구나~ 정도로 이해하셔도 될 것 같습니다.
정리 7.5.2
위와 같은 인 상황일 때, 의 범위를 다음과 같이 설정할 수 있습니다.
, where and are known constants that can be
그러면
는 의 Sufficient Statistic 이며
는 Complete 해집니다.
이 둘을 조합하면 은 의 Complete & Sufficient 한 Statistic 이 됩니다.
7.6 장
여태까지는 의 MVUE 를 찾는 것이었으며 이제는 의 함수의 MVUE 를 찾아야합니다.
Example 7.6.2 를 다루고 나서 마치겠습니다.
그러면 의 는 이며 다음을 만족합니다.
옆으로 보내면,
양측을 에 대해서 미분시키면,
식을 정리하면,
여기에 MVUE 인 을 대입시키게 된다면
이렇게 마무리 시키는 것이 가능합니다. 여기에서 예를 들어서 이면
으로 이전에 구한 MVUE 와 똑같게 나오게 됩니다!
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