week56 参数估计

所谓估计,是要解决的这样的问题:有一个随机过程(随机信号),它存在若干对我们十分有用但未知的统计量(参数)。为了得到这些参数,我们采集一段样本,设为x1,x2,…,xN。通过这N个样本(和一些其他的先验信息)来“最好”的逼近那些真实的参数。这些“估计”出来的值越“接近”客观实际的值越好。

那么就自然的引出一个问题,怎样叫做最好,换言之,需要提供一个准则。下面把一些准则列举说明如下:

1.最小均方误差(MMSE):这个标准说,所谓好,是指估计子与实际参数的误差平方的期望比较小,即使E{(θ´–θ)²}最小。这个准则从Bayes估计的角度去理解,就是风险函数为二次型|θ´–θ|²时的Bayes估计,所以MMSE可以理解为使二次型风险函数最小(即在二次型意义下最保险)的准则。在这个准则下估计参数,除了提供N个样本外,还需要提供一个信息,就是f(θ|x1,x2,…,xN),称为给定x1,x2,…,xN情况下θ的后验分布密度函数,关于这个东西的意义,我们后面单谈。总之通过推导,可以知道参数θ的估计θ´可以通过计算E{θ|x1,x2,…,xN }得到,而计算过程中需要知道f(θ|x1,x2,…,xN)。

这个准则还衍生出一种估计方法,叫做线性均方估计(LMS)。这个估计的最大特点是不需要知道f(θ|x1,x2,…,xN),只要给定N个样本,我们通过构造如下估计子:θ´=∑wixi,即样本的线性加权和,之后确定权系数,令其与θ的MMS最小即可。得到的一个有用结论是正交性原理:MMS最小,当且仅当误差e=θ´–θ与每一个样本xi正交,即E{exi}=0,i=1,…,N。

2.最大后验概率(MAP):这个标准说,所谓好,是指后验分布密度函数最大。即f(θ|x1,x2,…,xN)最大,所以可以通过df/dθ=0求得θ´。从Bayes估计的角度去理解,就是风险函数为均匀损失函数时的Bayes估计,所以MAP可以理解为在均匀损失意义下最保险的准则。同样,除了提供N个样本外,我们需要知道f(θ|x1,x2,…,xN)才可以在这个准则下估计参数。

3.最大似然估计(ML):这个标准说,所谓好,是指似然函数最大。似然函数是指f(x1,x2,…,xN|θ),这个函数的意义及其与后验分布密度函数的比较,我们后面详谈。总之,这个估计可以通过df/dθ=0求得。而此准则需要知道的除N个样本外,就是似然函数f(x1,x2,…,xN|θ)了。另外加一句,可以证明当θ服从均匀分布时,ML与MAP等价。

4.最小二乘(LS):这个标准说,所谓好,是指使得误差的平方和(Aθ-b)′(Aθ-b)最小。这个准则的特点同LMS一样,即除了N个样本外,不需要任何先验知识。

至此,我们总结完了4种准则。下面重点讨论MAP和ML两种需要先验知识的准则(MMSE的先验知识与MAP相同),讨论f(θ|x1,x2,…,xN)和f(x1,x2,…,xN|θ)的区别。我们可以这样考虑,拿到这N个样本后,我们要估计θ,而θ又是客观存在的。因此我们有两种思路,一种是把θ当成随机变量,看现在的这N个样本最可以推出怎样的θ,即让f(θ|x1,x2,…,xN)最大;另一种是把x1,x2,…,xN当成随机变量,看怎样的θ可以让出现x1,x2,…,xN的概率最大,即让f(x1,x2,…,xN|θ)最大。这就对应两种不同的准则MAP和ML,是处理问题的两个角度。
(转载https://xieshangran.wordpress.com/2008/03/05/%E5%85%B3%E4%BA%8E%E5%8F%82%E6%95%B0%E4%BC%B0%E8%AE%A1/
MMSE 和 LS的最大区别在于:MMSE解决的问题是模型已知,参数未定的问题。 而 LS解决的是模型未知, 参数未定的问题。


MMSE和均值有关,求均值就一定要知道确切的分布,而不是经验分布, 因此想要求解MMSE,如果你不知道后验概率模型,请问你该如何求解??求不了的!
MMSE的求解一定是完全已知参数的概率分布,才能求解。求MMSE的过程只不过是个计算的过程,因为模型已知,你不需要关注模型是否是合适的,均值就直接求就行了。

而LS的求解过程,是个回归的过程,也就是说,不光你要在乎cost function的大小,你还要关心你模型的好坏。 首先你自己蒙一个函数关系,而后用实验数据带入自己建立的模型中,得到 x_predict,而后计算cost function的值的大小。 你完全不需要知道x的概率分布,也不需要求什么mean。你唯一在乎的就是你从cost function。 大就是不行,小就是牛b。再说一遍,这两者之间的不同的重点在于! 模型是已知还是未知。 如果未知,你就要给出一个模型,而后计算J。通过最小化J来找参数的值。如果是已知,你就直接求mean,就直接得到来MMSE。
(转载https://www.zhihu.com/question/27200164/answer/1181818191

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