Pelaisitko seuraavaa peliä?

Samankaltaiset tiedostot
2. Uskottavuus ja informaatio

Tässä luvussa mietimme, kuinka paljon aineistossa on tarpeellista tietoa Sivuamme kysymyksiä:

l (φ; y) = l(θ(φ); y) Toinen derivaatta saadaan tulon derivaatan laskusäännöllä Uudelleenparametroidun mallin Fisherin informaatio on

3.6 Su-estimaattorien asymptotiikka

1. Tilastollinen malli??

3 Yleistä estimointiteoriaa. Olemme perehtuneet jo piste-estimointiin su-estimoinnin kautta Tässä luvussa tarkastellaan piste-estimointiin yleisemmin

3 Yleistä estimointiteoriaa. Olemme perehtuneet jo piste-estimointiin su-estimoinnin kautta Tässä luvussa tarkastellaan piste-estimointiin yleisemmin

Impedanssitomografia-peli

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Mallipohjainen klusterointi

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Tilastollinen päättely II, kevät Ratkaisuehdotuksia

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Maximum likelihood-estimointi Alkeet

Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 2A

2. Uskottavuus ja informaatio

5.7 Uskottavuusfunktioon perustuvia testejä II

6.1.2 Luottamusjoukon määritelmä

Estimointi. Vilkkumaa / Kuusinen 1

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Gripenberg. MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Tentti ja välikoeuusinta

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Tilastollinen päättely II, kevät 2018 Harjoitus 8B Ratkaisuehdotuksia.

Inversio-ongelmien laskennallinen peruskurssi Luento 2

Käänteismatriisi 1 / 14

Käytetään satunnaismuuttujaa samoin kuin tilastotieteen puolella:

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Kertymäfunktio. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

pitkittäisaineistoissa

2 exp( 2u), kun u > 0 f U (u) = v = 3 + u 3v + uv = u. f V (v) dv = f U (u) du du f V (v) = f U (u) dv = f U (h(v)) h (v) = f U 1 v (1 v) 2

P(X = x T (X ) = t, θ) = p(x = x T (X ) = t) ei riipu tuntemattomasta θ:sta. Silloin uskottavuusfunktio faktorisoituu

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Uskottavuuden ominaisuuksia

Ilkka Mellin Tilastolliset menetelmät Osa 2: Otokset, otosjakaumat ja estimointi Estimointi

Estimointi. Estimointi. Estimointi: Mitä opimme? 2/4. Estimointi: Mitä opimme? 1/4. Estimointi: Mitä opimme? 3/4. Estimointi: Mitä opimme?

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 5. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 5 () Numeeriset menetelmät / 28

Tilastollinen päättömyys, kevät 2017 Harjoitus 6B

Osa 2: Otokset, otosjakaumat ja estimointi

Kohdeyleisö: toisen vuoden teekkari

Johdatus tilastotieteeseen Estimointi. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Ennakkotehtävän ratkaisu

5 OMINAISARVOT JA OMINAISVEKTORIT

A = a b B = c d. d e f. g h i determinantti on det(c) = a(ei fh) b(di fg) + c(dh eg). Matriisin determinanttia voi merkitä myös pystyviivojen avulla:

Ei välttämättä, se voi olla esimerkiksi Reuleaux n kolmio:

1. Jatketaan luentojen esimerkkiä 8.3. Oletetaan kuten esimerkissä X Y Bin(Y, θ) Y Poi(λ) λ y. f X (x) (λθ)x

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Pienimmän neliösumman menetelmä (PNS)

Likimääräisratkaisut ja regularisaatio

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

4.0.2 Kuinka hyvä ennuste on?

Pienimmän Neliösumman menetelmä (PNS)

10 Matriisit ja yhtälöryhmät

P (X B) = f X (x)dx. xf X (x)dx. g(x)f X (x)dx.

Ominaisarvo ja ominaisvektori

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 1 Ratkaisuehdotuksia Tehtäväsarja I

Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 1A

MS-A0004/MS-A0006 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 6 / vko 42

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A. Moniulotteiset jakaumat. Avainsanat:

Kannan vektorit siis virittävät aliavaruuden, ja lisäksi kanta on vapaa. Lauseesta 7.6 saadaan seuraava hyvin käyttökelpoinen tulos:

9. laskuharjoituskierros, vko 12-13, ratkaisut

Pienimmän neliösumman menetelmä (PNS)

Miten hyvin mallit kuvaavat todellisuutta? Tarvitaan havaintoja.

Pienimmän neliösumman menetelmä (PNS)

Sekastrategiat ja intensiiviyhteensopivuus

2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

Uskottavuusperusteisten luottamusvälien korjaaminen bootstrap-menetelmällä Pro gradu -esitelmä

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta. Osa 2: Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat. Kertymäfunktio. TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 1

pitkittäisaineistoissa

MS-A0503 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Muuttujien eliminointi

5 Hypoteesien testaaminen

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

Tilastotieteen kertaus. Vilkkumaa / Kuusinen 1

Ominaisarvo ja ominaisvektori

SEKASTRATEGIAT PELITEORIASSA

Lineaariset yhtälöryhmät ja matriisit

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Kanta ja Kannan-vaihto

Tilastollisen analyysin perusteet Luento 1: Lokaatio ja hajonta

Tehtävä 4.7 Tarkastellaan hiukkasta, joka on pakotettu liikkumaan toruksen pinnalla.

Tutkimustiedonhallinnan peruskurssi

edellyttää valintaa takaisinpanolla Aritmeettinen keskiarvo Jos, ½ Ò muodostavat satunnaisotoksen :n jakaumasta niin Otosvarianssi Ë ¾

Matematiikka ja teknologia, kevät 2011

Televisiossa jaetaan torstaisin rahaa julkkiksille Speden

Luottamusvälit. Normaalijakauma johnkin kohtaan

1 p p P (X 0 = 0) P (X 0 = 1) =

Tilastollisia peruskäsitteitä ja Monte Carlo

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 7: Pienimmän neliösumman menetelmä ja Newtonin menetelmä.

Matemaattinen Analyysi, s2016, L2

Aalto-yliopisto, Matematiikan ja systeemianalyysin laitos /Malmivuori MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi,

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Tentti ja välikokeiden uusinta

9. Tila-avaruusmallit

Todennäköisyyslaskenta IIa, syyslokakuu 2019 / Hytönen 2. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

Tilastotieteen kertaus. Kuusinen/Heliövaara 1

s = 11 7 t = = 2 7 Sijoittamalla keskimmäiseen yhtälöön saadaan: k ( 2) = 0 2k = 8 k = 4

8 KANNAT JA ORTOGONAALISUUS. 8.1 Lineaarinen riippumattomuus. Vaasan yliopiston julkaisuja 151

Regressioanalyysi. Kuusinen/Heliövaara 1

Todennäköisyyslaskun kertaus. Vilkkumaa / Kuusinen 1

1. TODENNÄKÖISYYSJAKAUMIEN ESTIMOINTI

Transkriptio:

Lisätehtävä 1 seuraavassa on esitetty eräs peli, joka voidaan mallintaa paramterisena tilastollisena mallina tehtävänä on selvittää, kuinka peli toimii ja näyttää mallin takana oleva apulause (Tehtävä 2) sekä vastata muutamaan kysymykseen (Tehtävä 1)

Pelaisitko seuraavaa peliä? Ystäväsi kertoo keksineensä hauskan pelin, jota voi pelata shakkilaudan, paperinpalan, (jota hän nimittää ansaksi) shakkinappulan, kolikon ja nopan avulla Seuraavaksi hän selittää miten peli etenee ja hän myös kertoo, että pelistä voisi tehdä jännittävämmän liittämällä vedonlyönnin mukaan.

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin: Astuttiin ansaan: Heitetään:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin: Astuttiin ansaan: Heitetään:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin: Astuttiin ansaan: Heitetään:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin: Astuttiin ansaan: Heitetään:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin: Astuttiin ansaan: Heitetään:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin: Astuttiin ansaan: Heitetään:

Ystäväsi peli kuvina Heitettiin:

Vedonlyöntipeli Kysymys: Pelaisitko ystäväsi ehdottamaa seuraavanlaista vedonlyöntiä peliin liittyen? Joka päivä ystäväsi siirtää ansalapun eri kohtaan shakkilaudalla Hän lupaa arpoa tietokoneella niin monta havaintoa kuin pyydät (jos hän vain ehtii simuloida ne päivän aikana) Sitten saat arvata kerran päivässä missä ansa on: jos arvaat oikein, ystäväsi maksaa sinulle 10 EUR jos arvaat väärin maksat 10 EUR Mutta: millaisia ovat nämä havainnot, jotka hän kertoo?

Vedonlyöntipelin aineisto Aineistona hän kertoo sinulle reunalta kertyneet lukuarvot, jotka kertovat missä kohdissa ja missä järjestyksessä shakkinappula vieraili shakkilaudan reunalla! Tämän lisäksi hän kertoo, milloin ansa laukeaa eikä muuta.

Vedonlyöntipelin aineisto Aineistona hän kertoo sinulle reunalta kertyneet lukuarvot, jotka kertovat missä kohdissa ja missä järjestyksessä shakkinappula vieraili shakkilaudan reunalla! Tämän lisäksi hän kertoo, milloin ansa laukeaa eikä muuta. Numeroimalla shakkilaudan reunan ruudut (lähtien vasemmasta alakulmasta ja etenemällä oikeaan yläkulmaan) tämä aineisto voidaan esitettää myös muodossa:

Peli parametrisena tilastollisena mallina Tehtävä: Esitetään peli parametrisena tilastollisena mallina, missä parametrina on ansan sijainti (Tehtävät 1-2) Vedonlyöntipäätöstä varten voimme: estimoida parametriä annetun aineiston avulla; tähän käytämme suurimman uskottavuuden menetelmää. (Tehtävä 3) selvittää, kuinka luotettavana saatua estimaattia voidaan pitää eli kannattaako pelata rahasta? (Tehtävät 4-5)

Parametrinen tilastollinen malli Tehtävän 1 pohjustus: Selvitä, mikä on parametri(vektori) ja mikä sopisi parametriavaruudeksi eli mahdollisten parametrien arvoiksi. Ratkaisu: Tässä shakkilaudan koko on 32 32 ruutua (yhteensä 1024 ruutua) Ansalapun suuruus on 4 4 ruutua Havaitsemme, että ansan paikka voidaan esittää kahden luvun θ 1 ja θ 2 avulla ja kumpikin voi saada arvoja 2, 3,..., 28. Parametriavaruudeksi Ω käy siten näiden parien θ = (θ 1, θ 2 ) joukko Ω = {2, 3,..., 28} {2, 3,..., 28} Parametriavaruuden koko on siis 27 27 = 729.

Parametrinen tilastollinen malli Tehtävä 1: Alkuperäisessä mallissa ansan laukeamistn on 2/3 (nopalla tulee 1 4). Kysymys 1a: Jos paramteriavaruus on edellisen mukainen, onko malli säännöllinen ja jos ei, niin miksi? Kysymys 1b: Jos ansan laukeamistn olisikin p (0, 1) ja tätä ei tunnettaisi, niin miten muuttaisit paramteriavaruutta, jotta tämän saisi mallinnettua? Olisiko tämä malli säännöllinen? Kysymys 1c: Jos ansan ei tarvitsikaan olla ihan tarkkaan ruutujen kohdalla siten, että laukeamistn ruudussa olisi pq, missä q on se osuus, minkä ansa ruudusta peittää, minkälaisella parametriavaruudella tätä voisi kuvata? Voisiko tämä malli olla säännöllinen?

Parametrinen tilastollinen malli Aineiston jakauma kun ansan sijainti tunnetaan. Tämän avulla voidaan vastata kysymykseen: jos ansan sijainti tunnettaisiin, millä todennäköisyydellä havaitaan aineisto y = (y 0, y 1,..., y n )? Havainto Y i, kun i = 1, 2,..., n: ruutu, missä shakkinappula on i:nnellä reunalla käynti kerralla tai ansa, kun lähtöruutu on y 0. Aineisto Y = (Y 1,..., Y n ). Jos ansa laukesi, merkitään ruuduksi 1 ja pyydetään tarvittaessa lisää aineistoa alkaen sattumanvaraisesta reunaruudusta. Tehtävä 2: saatu satunnaisvektori Y on diskreetti (miksi?), joten määrätään uskottavuusfunktio L(θ) = P θ (Y = y) ja log-uskottavuusfunktio l(θ).

Tilastollisen mallin selvittäminen Tehtävä 2 Oletetaan, että ansan kohdan ja ansan laukeamistodennäköisyyden kertoo parametri θ ja pidetään tämä tunnettuna seuraavassa. Tehtävä 2a: (YPTNF, uskottavuus- ja log-uskottavuusfunktiot) Meidän tulisi selvittää, mitä ovat ehdolliset todennäköisyydet, a(y 0, y 1 ) = P θ (Y 1 = y 1 Y 0 = y 0 ) sillä (erääksi) uskottavuusfunktioksi saadaan L(θ) = a(y 0, y 1 ; θ)a(y 1, y 2 ; θ)... a(y n 1, y n ; θ) Pertustele (ainakin sanallisesti), miten tämä seuraa.

Tilastollisen mallin selvittäminen Tehtävä 2 Oletetaan, että ansan kohdan ja ansan laukeamistodennäköisyyden kertoo parametri θ ja pidetään tämä tunnettuna seuraavassa. Meidän tulisi siis selvittää, mitä ovat ehdolliset todennäköisyydet: a(y 0, y 1 ) = P θ (Y 1 = y 1 Y 0 = y 0 ) = P θ,y0 (Y 1 = y 1 ) Pidetään reunallepaluuruutua y 1 kiinteänä ja ajatellaan todennäköisyyksiä (a(1, y 1 ),..., a(124, y 1 )) vektorina a y1 R 124 Vastaavalla tavalla muodostetaan vektori (1{i = y 1 }) i. Ajatellaan tätä sekä vektorina e y1 R 1024 että vektorina b y1 R 124.

Tilastollisen mallin selvittäminen Apulause Kun ansan sijainti θ tunnetaan, niin voimme muodostaa kaksi matriisia K θ R 1024 1024 ja K 2 R 124 1024, että a y1 = K 2 v y1 + b y1, ja K θ v y1 = e y1 Lisäksi tiedämme, että K θ on kääntyvä matriisi, joten voimme ratkaista todennäköisyydet a y1 = K 2 K 1 θ e y 1 + b y1 Todistus: Seuraavat tehtävät

Apulauseen todistus Tehtävät 2b: Olkoon X n shakkinappulan ruutu n siirron jälkeen. Olkoon N = min{ n > 0 X n on reunaruudussa }, jolloin Y 0 = X 0 ja Y 1 = X N. Olkoon Z n = X min(n,n). a) Kun u on jokin reaaliarvoinen muunnos shakkilaudan ruuduilta, niin laske E θ,y0 ( (u(zn+1 ) u(z n )) Z n ). b) Kun u on jokin reaaliarvoinen muunnos shakkilaudan ruuduilta, niin laske E θ,y0 (u(z n+1 )) E θ,y0 (u(z n )). c) Millaisen lineaarisen yhtälöryhmän ratkaisu u pitäisi olla, että b)-kohdan erotus olisi aina nolla? d) Jos tiedettäisiin, että lim E θu(z n ) = E θ u(x N ) n niin päättele d)-kohdan avulla, että u(y 0 ) = E θ u(x N ). e) Päättele apulause näistä.

Uskottavuus ja log-uskottavuusfunktiot kuvina Seuraavissa on hieman numeerisia tuloksia, kun malli on saatu selvitettyä ja tästä on numeerisesti selvitetty su-estimaatteja. Niissä ei ole tehtäviä mukana, silä apulauseen muuttaminen esimerkiksi R:lle laskettavaksi on hieman työlästä.

Uskottavuus ja log-uskottavuusfunktiot kuvina Tehtävät 2 3 Tiedämme jo, että todellinen ansan sijainti on (θ 1, θ 2 ) = (15, 20). Oletetaan ensin, että tietäisimme, että θ 2 = 20, mutta yläalasuunnassa sijainti on tuntematon. Seuraavassa on aineiston avulla lasketut log-uskottavuudet: Näemme, että θ 1 = 13, mikä on aika hyvä veikkaus.

Uskottavuus ja log-uskottavuusfunktiot kuvina Tehtävät 2 3 Tiedämme jo, että todellinen ansan sijainti on (θ 1, θ 2 ) = (15, 20). Jos taas tietäisimme, että θ 1 = 15, mutta vasen-oikeasuunnassa sijainti on tuntematon, niin aineiston avulla lasketut log-uskottavuudet. Näemme, että θ 2 = 8. Joten ihan ei osunut kohdalleen.

Uskottavuus ja log-uskottavuusfunktiot kuvina Tehtävät 2 3 Edelliset log-uskottavuusfunktiot kuvina.

Uskottavuus ja log-uskottavuusfunktiot kuvina Tehtävät 2 3 Edelliset log-uskottavuusfunktiot kuvina. Selkeämmin suurimman uskottavuuden kohta näkyy normalisoiduista log-uskottavuusfunktioista l 0.

Uskottavuus ja log-uskottavuusfunktiot kuvina Tehtävät 2 3 Edelliset uskottavuusfunktiot kuvina. Selkeämmin suurimman uskottavuuden kohta näkyy normalisoiduista log-uskottavuusfunktioista l 0. Näistä saadaan mukavasti normalisoidut uskottavuusfunktiot L 0.

Uskottavuus ja log-uskottavuusfunktiot kuvina Tehtävät 2 3 Edelliset uskottavuusfunktiot kuvina. Selkeämmin suurimman uskottavuuden kohta näkyy normalisoiduista log-uskottavuusfunktioista l 0. Näistä saadaan mukavasti normalisoidut uskottavuusfunktiot L 0.

Uskottavuusfunktiot kun lisää aineistoa Tehtävät 2 4 Aluksi tarkaisteltiin yhteensä 45 havaintoa.

Uskottavuusfunktiot kun lisää aineistoa Tehtävät 2 4 Pyydettiin lisää 1000 45 = 955 havaintoa.

Uskottavuusfunktiot kun lisää aineistoa Tehtävät 2 4 Ja sitten vielä 5000 1000 = 4000 havaintoa lisää.