We consider an online binary prediction setting where a forecaster observes a sequence of $T$ bits one by one. Before each bit is revealed, the forecaster predicts the probability that the bit is $1$. The forecaster is called well-calibrated if for each $p \in [0, 1]$, among the $n_p$ bits for which the forecaster predicts probability $p$, the actual number of ones, $m_p$, is indeed equal to $p \cdot n_p$. The calibration error, defined as $\sum_p |m_p - p n_p|$, quantifies the extent to which the forecaster deviates from being well-calibrated. It has long been known that an $O(T^{2/3})$ calibration error is achievable even when the bits are chosen adversarially, and possibly based on the previous predictions. However, little is known on the lower bound side, except an $\Omega(\sqrt{T})$ bound that follows from the trivial example of independent fair coin flips. In this paper, we prove an $\Omega(T^{0.528})$ bound on the calibration error, which is the first super-$\sqrt{T}$ lower bound for this setting to the best of our knowledge. The technical contributions of our work include two lower bound techniques, early stopping and sidestepping, which circumvent the obstacles that have previously hindered strong calibration lower bounds. We also propose an abstraction of the prediction setting, termed the Sign-Preservation game, which may be of independent interest. This game has a much smaller state space than the full prediction setting and allows simpler analyses. The $\Omega(T^{0.528})$ lower bound follows from a general reduction theorem that translates lower bounds on the game value of Sign-Preservation into lower bounds on the calibration error.


翻译:我们考虑一个在线的二进制预测设置, 预测者在其中观察的顺序是 $T$ 的一比一。 在每位曝光之前, 预报者预测的概率是 1美元。 如果每个 $ p $ [0, 1] 美元, 预测者被称作 完全校准。 在预测者预测的概率为 $ p 美元 的百分位中, 实际的美元( $_ p美元) 等于 $p\ cdot n_ p_ p 美元。 校准错误, 定义为 $ sum_ p_ m_ p_ p n_ p $, 预测者预测者被调准为 1美元。 预测者早已知道 $O (T%2/3} 美元) 校准错误是可以实现的, 实际数, 实际数, 可能是根据先前的预测值。 但是, 下限的一面面的值, 除了 $( sqr) 和下方的更下方的值, 更低的值被绑起来, 。

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