Derivatives are a key nonparametric functional in wide-ranging applications where the rate of change of an unknown function is of interest. In the Bayesian paradigm, Gaussian processes (GPs) are routinely used as a flexible prior for unknown functions, and are arguably one of the most popular tools in many areas. However, little is known about the optimal modelling strategy and theoretical properties when using GPs for derivatives. In this article, we study a plug-in strategy by differentiating the posterior distribution with GP priors for derivatives of any order. This practically appealing plug-in GP method has been previously perceived as suboptimal and degraded, but this is not necessarily the case. We provide posterior contraction rates for plug-in GPs and establish that they remarkably adapt to derivative orders. We show that the posterior measure of the regression function and its derivatives, with the same choice of hyperparameter that does not depend on the order of derivatives, converges at the minimax optimal rate up to a logarithmic factor for functions in certain classes. This to the best of our knowledge provides the first positive result for plug-in GPs in the context of inferring derivative functionals, and leads to a practically simple nonparametric Bayesian method with guided hyperparameter tuning for simultaneously estimating the regression function and its derivatives. Simulations show competitive finite sample performance of the plug-in GP method. A climate change application on analyzing the global sea-level rise is discussed.


翻译:衍生物在广泛的应用中是一个关键的非参数功能,其变化速度不明功能的变化速度值得关注。 在巴伊西亚范式中,Gossian进程(GPs)通常被用作对未知功能的灵活前期,可以说是许多领域最受欢迎的工具之一。然而,在使用GPs的衍生物时,对最佳建模战略和理论属性知之甚少。在本篇文章中,我们研究插头战略,将任何序列衍生物的后端分布与GP前端分配区分开来。这种实际吸引插头GP方法以前被认为是亚优和退化的,但不一定如此。我们为插头GPs提供后端收缩率,并确立它们明显适应衍生品订单。我们表明,对回归功能及其衍生物的后端测量度及其衍生物的相同选择并不取决于衍生物的排序,在最小型GPS的最佳比率上接近于某些类别函数的对数调系数。这与我们的最佳知识相比,为GPGPseral-Gseralimal应用的首个正结果,在GPral-alimal-ralimalimalimal imalimal imalbilderal 上,在实际的平差法中,在Seralbillation-rupal-ralbalbalbalbal 的排序中,其次中,其次中,在精确的排序中的第一个最优度的排序中,其次的平极后端推后端推。

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