Piecewise-deterministic Markov processes (PDMPs) offer a powerful stochastic modeling framework that combines deterministic trajectories with random perturbations at random times. Estimating their local characteristics (particularly the jump rate) is an important yet challenging task. In recent years, non-parametric methods for jump rate inference have been developed, but these approaches often rely on distinct theoretical frameworks, complicating direct comparisons. In this paper, we propose a unified framework to standardize and consolidate state-of-the-art approaches. We establish new results on consistency and asymptotic normality within this framework, enabling rigorous theoretical comparisons of convergence rates and asymptotic variances. Notably, we demonstrate that no single method uniformly outperforms the others, even within the same model. These theoretical insights are validated through numerical simulations using a representative PDMP application: the TCP model. Furthermore, we extend the comparison to real-world data, focusing on cell growth and division dynamics in Escherichia coli. This work enhances the theoretical understanding of PDMP inference while offering practical insights into the relative strengths and limitations of existing methods.


翻译:分段确定性马尔可夫过程(PDMPs)提供了一个强大的随机建模框架,其结合了确定性轨迹与随机时间点上的随机扰动。估计其局部特征(尤其是跳跃率)是一项重要但具有挑战性的任务。近年来,用于跳跃率推断的非参数方法已得到发展,但这些方法通常依赖于不同的理论框架,使得直接比较变得复杂。本文提出一个统一框架,以标准化并整合最先进的方法。我们在此框架内建立了关于一致性与渐近正态性的新结果,从而能够对收敛速率与渐近方差进行严格的理论比较。值得注意的是,我们证明即使在相同模型内,也没有单一方法能在所有方面均优于其他方法。这些理论见解通过使用一个代表性PDMP应用——TCP模型——的数值模拟得到了验证。此外,我们将比较扩展到真实世界数据,重点关注大肠杆菌的细胞生长与分裂动力学。这项工作增强了对PDMP推断的理论理解,同时为现有方法的相对优势与局限性提供了实际见解。

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