若已经有一套可靠的 p 值分析,怎样把它接到允许任意依赖合并的 e 值程序?直接取倒数很诱人:p 越小,倒数越大。但均匀变量 的 具有无穷均值,无法满足 e 值的一元期望预算。需要一个增长稍慢、面积受控的转换函数。
形式陈述
把预算画成曲线下面积
设 是有效p 值理路p 值p-value在零假设下校准的证据统计量,其小值事件的概率不超过对应阈值。,即在每个零假设分布下
预先指定非负、非增、可测函数 。若
那么 是同一零假设的e 值理路静态 e 值与期望证据e-value · e-variable · E-value · 期望证据以每个零假设分布下的均值不超过一校准非负证据,构造似然比及复合均值检验,并区分静态保证与可选停止。。在所有这种非增函数中,这个积分条件也是必要的,因为 可以恰好在 上均匀分布。端点零允许取无穷大;有效 p 值在零假设下不会以正概率等于零。
校准函数的面积预算 非增性让较小的 p 值得到较大的证据。积分条件负责支付全部可能 p 值的平均费用。两者缺一不可:仅让均匀分布下的积分为一,还不能处理更保守的超均匀 p 值。
直觉
为什么超均匀性足够
固定 。因为 非增,集合 是从零开始的一段区间,端点可能包含也可能不包含。记它的长度为 。超均匀性在两种端点约定下都给出
对严格区间可用 ,对闭区间则用 。非负随机变量的期望理路期望Expectation · Expected value实值或复值随机变量关于概率测度的 Lebesgue 积分,概括加权平均与总体质量平衡。可按尾部面积计算,于是给
最后一步只是把曲线下面积按竖条或横条计算两次;非负性允许积分交换。因此不需要 p 值连续,也不需要它精确均匀,离散检验产生的保守 p 值同样适用。
例子与边界
两种能完整算出的校准器
固定阈值投注。 在看数据前给定 ,令
曲线高度是 、宽度是 ,积分等于一。它把原先水平 的检验压缩成“通过则获得 ,否则零”。例如 时, 和 都给二十;它保留该阈值上的决定,舍弃阈值以内证据强弱的区分。
幂校准。 预先固定 ,令
积分为 。取 ,得到 。当 为 时,证据分别为 。在 的 e 检验下,要求 。这个门槛比普通 严格,提醒我们:通用转换会丢失一些针对单一显著性水平的信息,并不是免费增强证据。
三个看似自然却无效的替换
直接取 不可行,因为 。把它乘任意固定正常数仍然不能补救无穷面积。
只要求积分而去掉单调性也不行。取 ,积分为一,但常数 p 值 完全有效,却给 。保守 p 值可能把质量向右搬;非增性正是保证这种移动不会提高平均费用的条件。
在看见 后挑最合适的校准器也会破坏证明。考虑两个各自合法的函数: 和 。逐数据取最大后,在前半区间为二、后半为一,积分成为 。原先每个函数各有一元预算,不意味着二选一可以再共用同一元。
推论与应用
想兼顾多种尺度,可以预先混合
若 都是校准器,预先固定权重 、,则
仍非增,且积分不超过一。例如把上面的两个函数各取一半,得到前半区间 、后半 ,总面积仍是一。权重可以由独立训练资料确定,只要条件于那份资料后,当前 p 值仍超均匀;“训练资料存在”本身不够,必须检查条件有效性。
若函数分 段给出,可先用“区间宽度乘高度”核对面积。对大量 p 值,先排序断点,逐项二分查找的成本为 ;单一幂函数只需常数次算术。极小 p 值适合算 。软件显示的数值零可能只是下溢,不能自动当成数学上的 。
从转换到发现程序
校准逐项有效 p 值不要求它们相互独立,因而得到的一组 e 值可以进入e-BH理路e-BH 与任意依赖的 FDR 控制e-BH procedure · e-Benjamini–Hochberg procedure · eBH按降序 e 值寻找最大自洽发现集合,用逐样本预算消去随机拒绝数,在任意依赖下控制 FDR,并核对过滤与停止的边界。。若只是为同一个零假设汇总多种分析,则用固定权重平均理路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。。这两种操作回答不同问题:前者发现哪些假设可拒绝,后者给一个假设形成一份证据。
自测。 固定 ,将它再转成 。输出只有 和一,不会恢复原来的 p 值。解释这一信息损失,比背下互取倒数的口号更有用。
参考资料