Permutation tests are widely used in statistics, providing a finite-sample guarantee on the type I error rate whenever the distribution of the samples under the null hypothesis is invariant to some rearrangement. Despite its increasing popularity and empirical success, theoretical properties of the permutation test, especially its power, have not been fully explored beyond simple cases. In this paper, we attempt to partly fill this gap by presenting a general non-asymptotic framework for analyzing the minimax power of the permutation test. The utility of our proposed framework is illustrated in the context of two-sample and independence testing under both discrete and continuous settings. In each setting, we introduce permutation tests based on U-statistics and study their minimax performance. We also develop exponential concentration bounds for permuted U-statistics based on a novel coupling idea, which may be of independent interest. Building on these exponential bounds, we introduce permutation tests which are adaptive to unknown smoothness parameters without losing much power. The proposed framework is further illustrated using more sophisticated test statistics including weighted U-statistics for multinomial testing and Gaussian kernel-based statistics for density testing. Finally, we provide some simulation results that further justify the permutation approach.


翻译:在统计中广泛使用变异测试,当根据无效假设分配样本时,对I型误差率提供限量抽样保障,只要根据无效假设分配的样本对某种重新排列不起作用。尽管这种测试越来越受欢迎,经验也越来越成功,但是除简单案例外,对变异测试,特别是其功率的理论特性没有进行充分探讨。在本文件中,我们试图通过提出分析变异测试微弱功率的一般非无症状框架来部分填补这一差距。我们提议的框架的效用在独立和独立两种不同环境下进行两次抽样和独立测试的背景下加以说明。在每种环境下,我们采用基于U-统计学的变异测试,并研究其微缩成形性能。我们还根据一种新颖的混合想法,为变异的U-统计学发展指数性集中界限,这可能会引起独立的兴趣。我们以这些指数界限为基础,引入了适应未知的平滑度参数,而不会失去很多力量。我们提议的框架还用更复杂的测试统计数据来进一步说明,包括基于加权的U-统计测试,用于多层密度测试,我们提供最终测试的结果。

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