The estimation of periodicity is a fundamental task in many scientific areas of study. Existing methods rely on theoretical assumptions that the observation times have equal or i.i.d. spacings, and that common estimators, such as the periodogram peak, are consistent and asymptotically normal. In practice, however, these assumptions are unrealistic as observation times usually exhibit deterministic patterns -- e.g., the nightly observation cycle in astronomy -- that imprint nuisance periodicities in the data. These nuisance signals also affect the finite-sample distribution of estimators, which can substantially deviate from normality. Here, we propose a set identification method, fusing ideas from randomization inference and partial identification. In particular, we develop a sharp test for any periodicity value, and then invert the test to build a confidence set. This approach is appropriate here because the construction of confidence sets does not rely on assumptions of regular or well-behaved asymptotics. Notably, our inference is valid in finite samples when our method is fully implemented, while it can be asymptotically valid under an approximate implementation designed to ease computation. Empirically, we validate our method in exoplanet detection using radial velocity data. In this context, our method correctly identifies the periodicity of the confirmed exoplanets in our sample. For some other, yet unconfirmed detections, we show that the statistical evidence is weak, which illustrates the failure of traditional statistical techniques. Last but not least, our method offers a constructive way to resolve these identification issues via improved observation designs. In exoplanet detection, these designs suggest meaningful improvements in identifying periodicity even when a moderate amount of randomization is introduced in scheduling radial velocity measurements.


翻译:估计周期性是许多科学研究领域的一项基本任务。 现有方法基于理论假设,即观测时间相等或一.d.间距的周期性分布不固定,而共同的估测器,如周期图峰,是一致的,也是平时正常的。 然而,在实践中,这些假设是不切实际的,因为观察时间通常显示出确定性模式 -- -- 例如天文学的夜间观察周期 -- -- 在数据中印出干扰性周期性。这些干扰信号还影响估算器的定时性分布,这可能会大大偏离正常状态。在这里,我们提出一套固定的识别方法,采用随机性推断法和部分识别方法。特别是,我们对任何周期性值值进行精确的测试,然后将测试用于建立信心集的测试结果。这里,因为建立信任系统并不依赖于定期或稳妥的预测性周期性周期性假设。 值得注意的是,当我们的方法得到完全应用时,我们的定时,我们对于定时的测算结果是有效的,而我们通过直时,在精确的测算方法中,我们用直地的测算方法来验证一个准确的测算结果。 在我们的测算中,我们测算中,这种测算方法的精确的测算方法显示我们的数据值是准确的数值值是用来显示我们的数据值的。

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