We consider a regression framework where the design points are deterministic and the errors possibly non-i.i.d. and heavy-tailed (with a moment of order $p$ in $[1,2]$). Given a class of candidate regression functions, we propose a surrogate for the classical least squares estimator (LSE). For this new estimator, we establish a nonasymptotic risk bound with respect to the absolute loss which takes the form of an oracle type inequality. This inequality shows that our estimator possesses natural adaptation properties with respect to some elements of the class. When this class consists of monotone functions or convex functions on an interval, these adaptation properties are similar to those established in the literature for the LSE. However, unlike the LSE, we prove that our estimator remains stable with respect to a possible heteroscedasticity of the errors and may even converge at a parametric rate (up to a logarithmic factor) when the LSE is not even consistent. We illustrate the performance of this new estimator over classes of regression functions that satisfy a shape constraint: piecewise monotone, piecewise convex/concave, among other examples. The paper also contains some approximation results by splines with degrees in $\{0,1\}$ and VC bounds for the dimensions of classes of level sets. These results may be of independent interest.


翻译:我们考虑一种回归框架,其中设计点是确定性的,误差可能非独立同分布且具有重尾性(其$p$阶矩位于$[1,2]$区间内)。给定候选回归函数类,我们提出了经典最小二乘估计量(LSE)的一个替代估计量。针对这一新估计量,我们建立了关于绝对损失的、具有Oracle型不等式形式的非渐近风险界。该不等式表明我们的估计量对函数类的某些元素具有自然的自适应特性。当函数类由区间上的单调函数或凸函数构成时,这些自适应特性与文献中为LSE所建立的性质相似。然而,与LSE不同,我们证明了该估计量对误差可能的异方差性保持稳定,甚至在LSE不具一致性的情况下仍能以参数速率(至多相差对数因子)收敛。我们通过在满足形状约束的回归函数类(包括分段单调、分段凸/凹函数等示例)上展示该新估计量的性能。本文还包含关于$\{0,1\}$次样条逼近的若干结果,以及水平集函数类维度的VC界。这些结果可能具有独立的研究价值。

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