Tại sao ma trận thông tin Fisher là semidefinite tích cực?


18

Đặt . Ma trận thông tin Fisher được định nghĩa là:θ∈Rn

I(θ)i,j=−E[∂2log⁡(f(X|θ))∂θi∂θj|θ]

Làm cách nào tôi có thể chứng minh Ma trận thông tin Fisher là bán chính xác?


7
Nó không phải là giá trị mong đợi của một sản phẩm bên ngoài của điểm số với chính nó?
— Neil G

Câu trả lời:


19

Hãy xem cái này: http://en.wikipedia.org/wiki/Fisher_inif#Matrix_form

Từ định nghĩa, chúng ta có

Iij=Eθ[(∂ilog⁡fX∣Θ(X∣θ))(∂jlog⁡fX∣Θ(X∣θ))],
Choi,j=1,…,k , trong đó∂i=∂/∂θi . Biểu hiện của bạn choIij theo sau điều này trong các điều kiện đều đặn.

u=(u1,…,uk)⊤∈Rn

∑i,j=1kuiIijuj=∑i,j=1k(uiEθ[(∂ilog⁡fX∣Θ(X∣θ))(∂jlog⁡fX∣Θ(X∣θ))]uj)=Eθ[(∑i=1kui∂ilog⁡fX∣Θ(X∣θ))(∑j=1kuj∂jlog⁡fX∣Θ(X∣θ))]=Eθ[(∑i=1kui∂ilog⁡fX∣Θ(X∣θ))2]≥0.

If this component wise notation is too ugly, note that the Fisher Information matrix H=(Iij) can be written as H=Eθ[SS⊤], in which the scores vector S is defined as

S=(∂1log⁡fX∣Θ(X∣θ),…,∂klog⁡fX∣Θ(X∣θ))⊤.

Hence, we have the one-liner

u⊤Hu=u⊤Eθ[SS⊤]u=Eθ[u⊤SS⊤u]=Eθ[||S⊤u||2]≥0.


3
(+1) Good answer and welcome back, Zen. I was becoming concerned we might have lost you permanently given the length of your hiatus. That would have been a real shame!
— cardinal

5

WARNING: not a general answer!

If f(X|θ) corresponds to a full-rank exponential family, then the negative Hessian of the log-likelihood is the covariance matrix of the sufficient statistic. Covariance matrices are always positive semi-definite. Since the Fisher information is a convex combination of positive semi-definite matrices, so it must also be positive semi-definite.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookie và Chính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.