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统计决策理论

外汇网2021-06-19 00:07:51 103
简述

在此以前,民众对数理统计,首要是着眼于其推断的功能,亦即从观测报告出发对总的做出某种论断(见统计推断)。至于自此应当采取什么决策或行动,会造成什么后果,则被觉得不属于统计的范畴。瓦尔德的理论则把后面这一部分内容也纳入统计的规模之内,这在数理统计学上是一项革新,有较大的事实意义。

在一个统计困难中,统计工作者掌握的资料是样本X=(x1,x2…,xn),X所来自的总的的分布Fθ中包含的参数θ为未知,而只知道θ所属的集合(为θ所有机会取值的集合,称为参数空间)。但是,采取什么决策最好,则取决于未知的θ值。用形象化的说法,θ是由大自然在参数空间中选定的,民众力图去寻到它。大自然掌握了θ的秘密,而这个秘密又通过样本泄露出来,统计工作者的任务就是依据样本 X中所包含的有关θ的信息,去做出不错的决策。比如,一家商店依据抽样决定能否接受一批来货,一个工厂依据市场调查的结果决定某种产品生产多少等,期望所采取的行动获得尽或许好的效果,或者说,使“行动不当”所产生的损失尽或许小。统计决策三要素

可以通过三个要素把一个统计决策困难表达出来。

样本空间

① 样本空间 H与样本分布族{Fθ:θ∈}这个要素规定了困难的几率模型。样本空间是样本或许的取值规模,而样本分布族是样本所或许遵从的分布的集合。

行动空间

② 行动空间A它是统计工作者可以采取的单纯策略(或称行动)的集合。比如,设 θ为一维参数,要对θ作区间预期,则实轴上任一区间【α,b)】组成一个单纯策略,这时行动空间为所有【α,b)】组成的集合,即{【α,b)】:-∞<α≤b<∞}。若困难是要检验相关 θ的如果,则行动空间 A由α0(接受如果)和α1(婉拒如果)两个元素组成。

损失函数

③ 损失函数L 统计决策理论有一个基本出发点:所采取的行动的后果可以数量化。设参数真值为 θ,统计工作者采取的行动为α,则所遭受的损失可表为 α与θ的函数L(θ, α),称之为损失函数。在一个具体困难中,采取什么损失函数最好,是一个需要执行大批调查研究以至理论工作的困难,这也是在运用决策理论时的一个问题点。

统计决策函数 当三个要素都已给定时,统计工作者采取什么行动,取决于他所掌握的样本。求一个统计决策困难的解,就是策划一个规则,以便对样本空间中每一点,在行动空间中都有一个元素与之对应,也就是找一个定义于样本空间 H而取值于行动空间A的函数或分布函数δ,当有了样本X=尣,就按δ(尣)采取措施,称δ为决策函数。用对策论的语言,δ就是统计工作者所采取的策略。选择决策函数的准则

对一个统计决策困难,为选定一个较优的决策函数,需要建立反应决策函数优劣的指标。风险函数R(θ,δ)就是如此的指标,定义为R(θ,δ)=Eθ 【L(θ,δ(X))】,即采取决策函数δ而参数真值为θ时所遭受的平均损失。风险函数愈小,决策函数愈好。在这个原则下,可以引进种种更具体且可行的准则。

容许性准则

① 容许性准则设δ为一决策函数,若存在另一决策函数δ,使对一切θ∈有R(θ,δ)≤R(θ,δ),且不等号起码在中的某一点成立,则称δ为不可容许的,否则为可容许的。从风险愈小愈好的原则出发,当δ不可容许时,便没有理由运用它。判定一个决策函数能否可容许,是统计决策理论中一个重要而且问题的困难。在风险函数愈小愈好的原则下,若存在决策函数δ0,对一切θ∈必成立R(θ,δ0)≤R(θ,δ),其中δ为任一决策函数,则δ0是最好的决策函数,称为统一最优决策函数。但该种决策函数一般不存在,因此必须放宽条件,常采取的有两种方法:一种是不对风险函数在上作逐点比较,而采取某种综合性指标;其他方法是先从一定角度对允许运用的决策函数加以一定制约,然后再找统一最优的,进而又引出下列准则。

最小化最大准则

② 最小化最大准则最大风险是一种综合性指标,若存在使最大风险最小的决策函数δ,致使对一切决策函数δ都有:M(δ)≥M(δ),则称δ是最小化最大决策函数,它反应了一种较稳健或保守的策略思想。

贝叶斯准则

③ 贝叶斯准则它以贝叶斯风险为指标, 在参数空间上选定一几率测度ξ,称ξ为θ(θ∈)的先验分布,而称为决策函数δ的相对于ξ的贝叶斯风险,它也是一个综合性指标。若对一切决策函数δ都成立,称δ为ξ的贝叶斯决策函数。

最优同变性准则

④ 最优同变性准则 这是一种在制约决策函数有同变性的条件下,求统一最优决策函数的准则。同变性是指当困难受于平移、刻度等变换而发生改变时,相应的决策(对策)也能有同步地变换的性质。比如,在正态总的N(μ,1)中抽样x1,x2,…,xn以预期μ,若将度量原由零点(O)移到с处,则样本在新坐标系下变为x1+с,x2+с…,xn+с,而参数变为μ+с,假使接受“预期结果不应与坐标原点的取法相关”的原则,则所用的决策δ应满足:对任何实数с,有;称如此的 δ在平移变换下有同变性。可以在样本空间H上考虑更复杂的一一变换群,而定义在这个变换群之下的同变性,在所有具有同变性的决策函数类中,风险统一最小的决策函数被称为最优同变决策函数。

在点预期中,制约运用的预期量有无偏性,采取平方损失函数,在这个制约下,统一最优预期量就是统一最小方差无偏预期。这是其他在制约决策函数下,求统一最优策略的例子。

一旦选定了优良性标准,统计决策困难的处理,就相当于一个数学上的最优化困难。1950年后的几十年来在这方面做了不少工作,这不仅使统计困难有了严格的数学提法,同期亦在形式上部分地突出了瓦尔德的想法,把形式不一样的统计困难归并在一个模式下统一处理。决策函数的看法使统计更注重了所采取措施的效果,也使统计困难提法愈加多样化,进而开拓了某些新的研究领域,比如前面提及的有关容许性及最小化最大准则的研究。所以,瓦尔德的理论承受统计学界的重视,形成二次大战后统计学史上一个巨大事件。但是,在这个困难上的观点也并没有统一,英国统计学家M.肯德尔觉得“损失的数量化”并不是在任何情形下都合理可行,而且他还觉得,把统计困难归之于统计工作者与大自然之间的博弈的看法,是值得怀疑的。

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