Efficient and accurate estimation of multivariate empirical probability distributions is fundamental to the calculation of information-theoretic measures such as mutual information and transfer entropy. Common techniques include variations on histogram estimation which, whilst computationally efficient, are often unable to precisely capture the probability density of samples with high correlation, kurtosis or fine substructure, especially when sample sizes are small. Adaptive partitions, which adjust heuristically to the sample, can reduce the bias imparted from the geometry of the histogram itself, but these have commonly focused on the location, scale and granularity of the partition, the effects of which are limited for highly correlated distributions. In this paper, I reformulate the differential entropy estimator for the special case of an equiprobable histogram, using a k-d tree to partition the sample space into bins of equal probability mass. By doing so, I expose an implicit rotational orientation parameter, which is conjectured to be suboptimally specified in the typical marginal alignment. I propose that the optimal orientation minimises the variance of the bin volumes, and demonstrate that improved entropy estimates can be obtained by rotationally aligning the partition to the sample distribution accordingly. Such optimal partitions are observed to be more accurate than existing techniques in estimating entropies of correlated bivariate Gaussian distributions with known theoretical values, across varying sample sizes (99% CI).


翻译:高效准确地估计多元实际概率分布对于计算信息论量,如互信息和传输熵,是至关重要的。常见技术包括直方图估计的变化,虽然计算效率高,但通常无法准确捕获具有高相关性,峭度或细小细节结构的样本的概率密度,特别是当样本量较小时。自适应分区可以调整启发式地适应样本,可以减少直方图本身几何形状所产生的偏差,但这些通常集中在分区的位置,尺度和粒度,对高度相关的分布的影响是有限的。在本文中,我重新构建了差分熵估计器,用于均等概率的直方图,使用k-d树将样本空间划分为质量相等的箱。通过这样做,我暴露了一个隐含的旋转方向参数,据推测,在典型的边际对齐中,其规定是亚优的。我建议最优方向最小化箱子体积的方差,并展示了旋转将分区与样本分布对齐后可以获得更好的熵估计。在不同的样本大小下,这些优化分区的熵估计被观察到比现有技术更准确地估计已知理论值的相关性双变量高斯分布(99% CI) 。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2023新书】使用Python进行统计和数据可视化,554页pdf
专知会员服务
126+阅读 · 2023年1月29日
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
159+阅读 · 2020年1月16日
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
【泡泡一分钟】RoomNet:端到端房屋布局估计
泡泡机器人SLAM
18+阅读 · 2018年12月4日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
【泡泡一分钟】Matterport3D: 从室内RGBD数据集中训练 (3dv-22)
泡泡机器人SLAM
16+阅读 · 2017年12月31日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
26+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月10日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月9日
VIP会员
相关VIP内容
【2023新书】使用Python进行统计和数据可视化,554页pdf
专知会员服务
126+阅读 · 2023年1月29日
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
159+阅读 · 2020年1月16日
相关资讯
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
【泡泡一分钟】RoomNet:端到端房屋布局估计
泡泡机器人SLAM
18+阅读 · 2018年12月4日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
【泡泡一分钟】Matterport3D: 从室内RGBD数据集中训练 (3dv-22)
泡泡机器人SLAM
16+阅读 · 2017年12月31日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
26+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员