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方法Method

e 值的平均、乘积与选择

Merging e-values · e-merging function · Combining e-values

按同一零假设核对每份证据,证明任意依赖下的固定平均与条件有效乘积,给出最大值、重复证据和数据依赖权重的反例。

三个团队分析同一个零假设,交来证据 12,3,0.3。平均值是 5.1,乘积是 10.8,最大值是十二。哪个数字可以继续当作 e 值?观察到的三个数字本身无法回答;必须知道它们怎样生成、允许怎样依赖,以及合并规则是否事先确定。

本页只合并有限份输入。在零模型下,每份 e 值都几乎必然有限;若实现中出现零与无穷同时作为乘积因子,约定乘积为零,其他非零因子按扩展非负数运算。这些零模型零概率处的约定不改变均值保证。

本页先处理同一个零假设的多份证据。每个e 值 Ej 都应在该假设的每个分布 P 下满足 Ej≥0、EPEj≤1。若各自针对不同的 Hj,下面的合并至多得到交集零假设 ⋂jHj 的证据,不能据一个合并大值就宣布全部 Hj 为假。

形式陈述 ​

固定加权平均不需要独立 ​

取预先固定的 wj≥0,∑j=1Kwj=1,定义

Eavg=∑j=1KwjEj.

非负性直接保留,期望的线性性给出

EPEavg=∑jwjEPEj≤∑jwj=1.

证明没有出现联合分布。因此三组分析可以共享数据、使用相似模型,也可以极度相关。等权时,上面的 12,3,0.3 给 5.1,足以超过水平 0.2 的阈值五。若预定权重为 (1/2,1/4,1/4),则得到 6.825;能否使用这组权重,取决于它是否在看到这批证据前固定,而非它是否看起来合理。

总权重小于一也有效,相当于丢掉一部分预算;超过一则通常无效。所有输入恒为一时,加权和恰好等于总权重,已经给出必要的检查。

直觉

独立证据才可以直接相乘 ​

若 E1,…,EK 在每个零模型下相互独立,那么

EP∏j=1KEj=∏j=1KEPEj≤1.

因此乘积合法。等权平均把一元预算分给多个策略,乘积把前一轮的全部财富继续投入后一轮。前者允许任意依赖,后者需要保证新一轮不会专门挑中旧财富已经很高的情形。

用一个最小反例看清差异。令 X 等概率取零和一,设 E1=E2=2X。两个输入均值都是一,乘积却为 4X,均值是二。把同一份数据复制给两个程序,不会产生两份独立证据。

相互独立也要针对零假设下的联合模型成立。来自不同机构不等于独立;共享病人、共同批次误差或训练资料都会造成依赖。若无法证明独立,固定平均的结论仍然可用。

条件预算比独立更一般 ​

设证据按顺序到达,Fj−1 表示第 j 份证据产生前允许使用的全部历史。若每个零模型下

Bj≥0,EP[Bj∣Fj−1]≤1,

而 Bj 在时刻 j 可观测,则 Mj=∏s=1jBs 满足

EP[Mj∣Fj−1]=Mj−1EP[Bj∣Fj−1]≤Mj−1.

再用塔式法则,由 M0=1 归纳得 EPMj≤1。新证据可以根据历史选模型,只要它对这个历史条件仍有预算。这是检验上鞅的乘法机制;本页只用有限 K 的结论,任意停止读取要再使用该页的停时论证。

例如检验独立公平硬币,每轮在看当前硬币之前按历史选 qj∈[0,1],正面乘 2qj,反面乘 2(1−qj)。条件均值是一。若看见当前结果才令 qj=Xj,每轮总能乘二,条件均值变二。问题发生在信息时间,而不在公式外形。

例子与边界

看完再挑最大值,怎样才有预算 ​

取 E1=2X、E2=2(1−X),它们各自均值一,最大值恒为二。数据依赖权重 w1=1{E1≥E2}、w2=1−w1 正好实现这个最大值;“每次权重和为一”并不能代替“固定权重”。

有一个始终安全但可能保守的补救:

Emax=K−1maxjEj≤K−1∑jEj.

非负性和期望比较保证它有效。付出 K 倍校准后可以挑最好的一个,但固定平均总是不小于这个校准最大值。若没有额外结构,仅想最终生成一个 e 值,先丢掉其余证据再付选择费用没有优势。

另一条合法路线是条件有效性。令资料 Z 决定权重,若每个输入满足 EP[Ej∣Z]≤1,且 wj(Z) 非负和为一,则条件期望证明仍成立。仅有边际 EPEj≤1 不够;前面的最大值反例正好违反条件预算。

推论与应用

同一假设与交集假设的两种报告 ​

假设 E1 只对 H1 有效,E2 只对 H2 有效。在 H1∩H2 下,二者都有效,所以平均是交集证据。交集被拒绝只说明“至少一个零假设不成立”。要判断具体哪一个,需要闭合检验或其他多重程序。

如果目标是控制一组具体发现的平均错误比例,直接把逐假设 e 值交给e-BH。它不会先把不同问题压成一个均值,而是让最终拒绝数决定共同阈值。

可复算流程与成本 ​

先列出每个输入的零假设、样本来源和均值证据,再选择已满足条件的合并规则。固定平均用 K 次乘加、O(1) 累积空间;固定乘积通常累加对数,但应单独处理零因子。算出结果后,将它与 1/α 比较,报告规则而不仅是最终数字。

自测一。 两个输入独立,各以概率 1/6 取六,其余为零。乘积以概率 1/36 取三十六,均值仍是一。若它们始终完全相同,乘积均值变六。这两个模型在单项分布上完全一样。

自测二。 十份合法分析产生最大证据四十。没有依赖信息时,四十不能直接作为合并证据;最大值除十得到四,合法但尚未通过 5% 阈值二十。若十份证据分别为四十、十、其余为零,固定平均为五,仍未通过。选择保证不能由最大值看上去很大来替代。

参考资料
  • Vladimir Vovk and Ruodu Wang, E-values: Calibration, combination, and applications, 2021,§3 的任意依赖合并与 §4 的独立/序贯乘积。本文仅证明所用的线性和乘法规则,不借用该文更强的最优合并分类定理。
  • Larry Wasserman, Aaditya Ramdas and Sivaraman Balakrishnan, Universal inference, 2020,arXiv:1912.11436v4 作者稿,§5 “De-randomization”的多次拆分平均:不同拆分可以共享数据,因此平均有效性不以它们独立为前提。
关系图谱12 个相邻概念 · 2 类关系

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