The eigendecomposition of a matrix is the central procedure in probabilistic models based on matrix factorization, for instance principal component analysis and topic models. Quantifying the uncertainty of such a decomposition based on a finite sample estimate is essential to reasoning under uncertainty when employing such models. This paper tackles the challenge of computing confidence bounds on the individual entries of eigenvectors of a covariance matrix of fixed dimension. Moreover, we derive a method to bound the entries of the inverse covariance matrix, the so-called precision matrix. The assumptions behind our method are minimal and require that the covariance matrix exists, and its empirical estimator converges to the true covariance. We make use of the theory of U-statistics to bound the $L_2$ perturbation of the empirical covariance matrix. From this result, we obtain bounds on the eigenvectors using Weyl's theorem and the eigenvalue-eigenvector identity and we derive confidence intervals on the entries of the precision matrix using matrix inversion perturbation bounds. As an application of these results, we demonstrate a new statistical test, which allows us to test for non-zero values of the precision matrix. We compare this test to the well-known Fisher-z test for partial correlations, and demonstrate the soundness and scalability of the proposed statistical test, as well as its application to real-world data from medical and physics domains.


翻译:矩阵的eigendecommation 是基于矩阵要素化的概率模型的核心程序,例如主要成分分析和专题模型。根据有限抽样估计对此种分解的不确定性进行量化对于在使用这种模型时进行不确定性推理至关重要。本文处理固定维度的共变矩阵的分泌物单项计算信任界限的挑战。此外,我们得出一种方法,将反共变矩阵,即所谓的精确矩阵的条目捆绑起来。我们的方法是最小的,要求存在共变矩阵,其经验性估计值与真正的共变一致。我们使用U-统计学理论理论,将经验性变异矩阵的“$_2美元 ” 扰动值捆绑在一起。我们从Weyl的偏差矩阵和已知的“易变精度”矩阵的条目中,我们用正本的正本值-亚值-精度矩阵的参数来对精确性矩阵进行测试,我们用这个精确性矩阵测试结果来进行新的统计性测试,我们用这个测试的精确度测试结果来进行新的统计性测试。

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