We introduce a location statistic for distributions on non-linear geometric spaces, the diffusion mean, serving as an extension and an alternative to the Fr\'echet mean. The diffusion mean arises as the generalization of Gaussian maximum likelihood analysis to non-linear spaces by maximizing the likelihood of a Brownian motion. The diffusion mean depends on a time parameter $t$, which admits the interpretation of the allowed variance of the diffusion. The diffusion $t$-mean of a distribution $X$ is the most likely origin of a Brownian motion at time $t$, given the end-point distribution $X$. We give a detailed description of the asymptotic behavior of the diffusion estimator and provide sufficient conditions for the diffusion estimator to be strongly consistent. Particularly, we present a smeary central limit theorem for diffusion means and we show that joint estimation of the mean and diffusion variance rules out smeariness in all directions simultaneously in general situations. Furthermore, we investigate properties of the diffusion mean for distributions on the sphere $\mathbb S^n$. Experimentally, we consider simulated data and data from magnetic pole reversals, all indicating similar or improved convergence rate compared to the Fr\'echet mean. Here, we additionally estimate $t$ and consider its effects on smeariness and uniqueness of the diffusion mean for distributions on the sphere.


翻译:我们引入了非线性几何空间分布的位置统计, 扩散平均值, 作为扩展值, 以及 Fr\' echet 值的替代值。 扩散平均值产生于通过尽可能扩大布朗运动的可能性, 对高萨的最大可能性分析向非线性空间的概括化。 扩散平均值取决于一个时间参数 $t 美元, 承认对允许扩散差异的解释。 分发美元 美元 的 美元 比例是 布朗运动时间 $t 的最可能来源, 以 美元计, 以 美元为终点分配值 $X. 。 我们详细描述传播估计的无光度行为, 并为传播估计提供足够条件, 以非常一致的方式进行。 特别是, 我们提出对传播手段的中间中心限制, 并表明对平均值和扩散值进行联合估计, 在一般情况下, 在所有方向上, 以美元 美元 。 此外, 我们调查在时间 美元 美元 上 的传播平均值 。 实验性地, 我们考虑对传播范围 的传播平均值 进行模拟数据 和 磁性 水平 下 下 度 度 的 度 度 度 进一步 。

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