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¿Esta función es cóncava o puede hacerse cóncava?

Estoy trabajando con un proceso de puntos con una tasa de llegada de eventos de:

$$ \lambda(t) = \mu + \sum\limits_{t_i<t}{\alpha e^{-\beta(t-t_i)}}$$

donde $ t_1,..t_n $ son los tiempos de llegada del evento.

Por lo tanto, la función de probabilidad logarítmica es

$$ - t_n \mu + \frac{\alpha}{\beta} \sum{( e^{-\beta(t_n-t_i)}-1 )} + \sum\limits_{i<j}{\ln(\mu+\alpha e^{-\beta(t_j-t_i)})} $$

Para obtener la estimación de máxima verosimilitud (MLE) necesito maximizar esta función de log-verosimilitud bajo las restricciones de que $\mu, \alpha, \beta > 0$ y $\beta > \alpha$ .

  1. ¿Es la función de probabilidad logarítmica cóncava? Los parámetros son $\mu, \alpha, \beta$ .
  2. Si no es así, ¿hay alguna reparametrización que la haga cóncava?

En el código R la probabilidad logarítmica es

l.loglik <- function(params, data, opt=TRUE) {
  mu <- params[1]
  alpha <- params[2]
  beta <- params[3]
  t <- sort(data)
  r <- rep(0,length(t))
  for(i in 2:length(t)) {
    r[i] <- exp(-beta*(t[i]-t[i-1]))*(1+r[i-1])
  }
  loglik <- -tail(t,1)*mu
  loglik <- loglik+alpha/beta*sum(exp(-beta*(tail(t,1)-t))-1)
  loglik <- loglik+sum(log(mu+alpha*r))
  if(!opt) {
    return(list(negloglik=-loglik, mu=mu, alpha=alpha, beta=beta, t=t,
                r=r))
  }
  else {
    return(loglik)
  }
}

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Michael Puntos 5270

Si se arregla $\beta$ como una constante, la función es conjuntamente cóncava en $(\mu, \alpha)$ . Esto se debe a que $\log(\mu + \alpha c)$ es conjuntamente cóncavo en $(\mu, \alpha)$ . Así que podrías arreglar $\delta>0$ y considerar $\beta \in \{\delta, 2\delta, 3\delta, \ldots, K\delta\}$ para algún valor $K>0$ . Entonces, para cada $k \in \{1, \ldots,K\}$ hacer:


(i) Fijar $\beta = k\delta$ y resolver la maximización cóncava sobre $(\mu, \alpha)$ con sujeción a $0 < \alpha < \beta$ y $0<\mu$ . Que el valor resultante sea $s_k$ .

(ii) Si $k==1$ entonces defina $s_{best} = s_1$ , $\mu_{best} = \mu$ , $\alpha_{best} = \alpha$ , $\beta_{best} = k\delta$ .

(iii) Si $k>1$ , entonces si $s_k>s_{max}$ definir $s_{max}=s_k$ , $\mu_{best} = \mu$ , $\alpha_{best} = \alpha$ , $\beta_{best} = k\delta$ .


El resultado $s_{best},\mu_{best}, \alpha_{best}, \beta_{best}$ son una buena aproximación a la respuesta óptima (dependiendo de lo pequeña que sea su unidad de discretización $\delta$ es, y asumiendo $K\delta$ es mayor que el valor óptimo de $\beta$ ). En general, asumiendo que la maximización cóncava es fácil, esto convierte la búsqueda tridimensional de la mejor $\alpha, \mu, \beta$ en una búsqueda unidimensional de la mejor $\beta$ .

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