We study the following learning problem with dependent data: Observing a trajectory of length $n$ from a stationary Markov chain with $k$ states, the goal is to predict the next state. For $3 \leq k \leq O(\sqrt{n})$, using techniques from universal compression, the optimal prediction risk in Kullback-Leibler divergence is shown to be $\Theta(\frac{k^2}{n}\log \frac{n}{k^2})$, in contrast to the optimal rate of $\Theta(\frac{\log \log n}{n})$ for $k=2$ previously shown in Falahatgar et al. (2016). These rates, slower than the parametric rate of $O(\frac{k^2}{n})$, can be attributed to the memory in the data, as the spectral gap of the Markov chain can be arbitrarily small. To quantify the memory effect, we study irreducible reversible chains with a prescribed spectral gap. In addition to characterizing the optimal prediction risk for two states, we show that, as long as the spectral gap is not excessively small, the prediction risk in the Markov model is $O(\frac{k^2}{n})$, which coincides with that of an iid model with the same number of parameters. Extensions to higher-order Markov chains are also obtained.


翻译:我们用依赖数据来研究以下学习问题:从固定的Markov链中观测一个以美元为单位的美元长度轨道,目标是预测下一个状态。对于3 leq k k\leq O(\ sqrt{n})$3 leq k\leq O(\ sqrt{n}) 美元,使用通用压缩技术, Kullback- Leiber 差异的最佳预测风险显示为$Theta(\ frac{k ⁇ 2 ⁇ ⁇ log\ frac{n ⁇ k ⁇ 2} $,与以前在Falalahatgar 和 al.() 显示的 3 k=2美元的最佳价格相比,对于3 leqkk kv 美元来说,这些比率比$O(\\ refrac{k ⁇ 2 ⁇ n}的参数率要慢,可以归因于数据的记忆力,因为Markov 链的光谱差距可以任意缩小。为了量化记忆效果,我们研究的是无法再复制的链条, 与规定的光谱差距之间的数字是不可复制的。此外,除了确定最佳预测风险的模型外,我们展示的是,光谱的模型中的最佳预测风险是两种。

0
下载
关闭预览

相关内容

马尔可夫链,因安德烈·马尔可夫(A.A.Markov,1856-1922)得名,是指数学中具有马尔可夫性质的离散事件随机过程。该过程中,在给定当前知识或信息的情况下,过去(即当前以前的历史状态)对于预测将来(即当前以后的未来状态)是无关的。 在马尔可夫链的每一步,系统根据概率分布,可以从一个状态变到另一个状态,也可以保持当前状态。状态的改变叫做转移,与不同的状态改变相关的概率叫做转移概率。随机漫步就是马尔可夫链的例子。随机漫步中每一步的状态是在图形中的点,每一步可以移动到任何一个相邻的点,在这里移动到每一个点的概率都是相同的(无论之前漫步路径是如何的)。
专知会员服务
52+阅读 · 2020年9月7日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
241+阅读 · 2020年4月19日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
171+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
100+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
2+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 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年6月16日
Arxiv
14+阅读 · 2020年12月17日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
2+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 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员