Como distribuir os desenhos de maneira ideal ao calcular várias expectativas


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Suponha que desejemos calcular alguma expectativa:

EYEX|Y[f(X,Y)]

Suponha que queremos aproximar isso usando a simulação de Monte Carlo.

EYEX|Y[f(X,Y)]≈1RS∑r=1R∑s=1Sf(xr,s,yr)

Mas suponhamos que é caro para extrair amostras a partir de ambas as distribuições, de modo que só pode dar ao luxo de chamar um número fixo . K

Como devemos alocar ? Os exemplos incluem empates para cada distribuição, ou, no extremo, um empate no exterior e empates no interior, vice-versa, etc .....KK/2K−1

Minha intuição me diz que isso tem a ver com a variação / entropia das distribuições relativas umas às outras. Suponhamos que o exterior é um ponto de massa, em seguida, a divisão de que minimiza o erro MC seria desenhar um do e desenhar do . KYK−1X|Y

Espero que isso esteja claro.


Fixa-lo para você
— wolfsatthedoor

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O "vice-versa" e o seu comentário à resposta de @ Xi'ans parecem indicar que você considera possível desenhar a variável externa mais vezes que a variável interna, mas como isso pode fazer sentido - não são todos os que não fazem nada internos são desperdiçados? 0
— Juho Kokkala

Justo, mínimo um empate por fora, eu acho. Ou você poderia pensar em programá-lo para salvar a desenhar suponho
— wolfsatthedoor

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@robertevansanders Confirme se a interpretação de sua pergunta nas duas primeiras frases da resposta de Xi'ans está correta #
— Juho Kokkala

Como você disse, sim, mas mude yex
— wolfsatthedoor

Respostas:


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Essa é uma pergunta muito interessante, com pouca documentação na literatura de Monte Carlo, exceto em relação à estratificação e à Rao-Blackwellisation . Isso possivelmente se deve ao fato de que os cálculos da variação condicional esperada e da variação da expectativa condicional raramente são viáveis.

Primeiro, vamos supor que você execute simulações de , e para cada simulado , execute simulações de , . A sua estimativa de Monte Carlo é então O variância desta estimativa é decomposta da seguinte forma π X x 1 , … , x R x r S π Y | X = x r y 1 r , … , y s r δ ( R , S ) = 1RπXx1,…,xRxrSπY|X=xry1r,…,ysr var { δ ( R , S ) }

δ(R,S)=1RS∑r=1R∑s=1Sf(xr,yrs)
R=KS=1K=RSxr
var{δ(R,S)}=1R2S2Rvar{∑s=1Sf(xr,yrs)}=1RS2varXEY|X{∑s=1Sf(xr,yrs)|xr}+1RS2EXvarY|X{∑s=1Sf(xr,yrs)|xr}=1RS2varX{SEY|X[f(xr,Y)|xr]}+1RS2EX[SvarY|X{f(xr,Y)|xr}]=1RvarX{EY|X[f(xr,Y)|xr]}+1RSEX[varY|X{f(xr,Y)|xr}]=K=RS1RvarX{EY|X[f(xr,Y)|xr]}+1KEX[varY|X{f(xr,Y)|xr}]
Portanto, se alguém deseja minimizar essa variação, a melhor opção éR=K. Implicando que . Exceto quando o primeiro termo de variação é nulo, caso em que não importa. No entanto, conforme discutido nos comentários, a suposição é irrealista, pois não leva em consideração a produção de um [ou assume que isso é gratuito].S=1K=RSxr

Agora vamos assumir diferentes custos de simulação e a restrição orçamentária , o que significa que o 'custo s vezes mais para simular que o ' s. A decomposição acima da variação é então que pode ser minimizada em como [o número inteiro mais próximo sob as restrições e ], exceto quando a primeira variância é igual a zero, nesse casoy r s a x r 1R+aRS=byrsaxrRR∗=b/1+{aEX[varY| X{f(xr,Y)| xr}/varX

1RvarX{EY|X[f(xr,Y)|xr]}+1R(b−R)/aREX[varY|X{f(xr,Y)|xr}]
R R ≥ 1 S ≥ 1 R = 1 E X [ var Y | X { f ( x r , Y ) | x r } ] = 0 R S = 1
R∗=b/1+{aEX[varY|X{f(xr,Y)|xr}/varX{EY|X[f(xr,Y)|xr]}}1/2
R≥1S≥1R=1 . Quando , a variação mínima corresponde a um máximo , o que leva a no formalismo atual.EX[varY|X{f(xr,Y)|xr}]=0RS=1

Observe também que essa solução deve ser comparada com a solução simétrica quando a integral interna estiver em dada a e a integral externa estiver contra a marginal em (assumindo que as simulações também sejam viáveis ​​nessa ordem).Y YXYY

Uma extensão interessante para a pergunta seria considerar um número diferente de simulações para cada simulado , dependendo do valor .S(xr)xrvarY|X{f(xr,Y)|xr}


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Na conclusão final, você parece estar assumindo mas no cenário da pergunta uma vez que os empates da variável externa também devem ser contados. O resultado aqui diz que, se a amostragem da variável externa estiver livre, é claro que se deve amostrar uma nova externa para cada interna. (Além disso, o papel de e são ligados aqui em comparação com a pergunta, mas que, naturalmente, não importa). K=RSK=RS+Rxy
— Juho Kokkala

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Sim, mas podemos decidir o valor de ... Considere a configuração degenerada em que a var externa é tão constante. É melhor amostrar a constante uma vez e vezes, em vez das constantes vezes e vezes (que é o que implicaria)? Ou estou completamente entendendo mal a pergunta? (Eu só agora ler a segunda frase do seu comentário - não é a suposição declarado na pergunta que eles têm o mesmo custo)RXY K−1K/2Y K/2S=1
— Juho Kokkala

@ Xian Sim Kolkata está correta, sua solução geralmente não pode ser mantida. Suponha agora que a variável interior tem uma distribuição degenerada eo exterior tem variação significativa, então você gostaria de experimentar como poucos interior desenha possível
— wolfsatthedoor

Eu acho que sua resposta não pode estar certa. Suponha que a distribuição no interior é degenerada e o exterior é grande variação, como pode ser S 1
— wolfsatthedoor

@robertevansanders: se a distribuição interna é degenerada, , portanto escolhemos o número inteiro mais próximo em as restrições e , o que significa usar para tornar mais próximo possível de . R ∗ = b R S ≥ 1 R ( 1 + a S ) ≤ b S = 1 R bvarY|X{f(xr,Y)|xr}=0R∗=bRS≥1R(1+aS)≤bS=1Rb
— Xian
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