Utilisateur:Tbapari/Brouillon

Méthodes d'identification (sens inverse) modifier

A partir :

  • d'observations collectées dans un échantillon,
  • d'un ou de types de lois de distribution candidates imposées par l'expérimentateur, la charge lui étant laissée de s'assurer du réalisme desdites lois pour représenter le phénomène qu'il observe,

ces méthodes ont pour but de déterminer :

  • si la grandeur observée provient d'une distribution unique ou d'un mélange de distributions,
  • de quantifier le caractère significatif de l'hypothèse de mélange par rapport à l'absence de mélange,
  • de déterminer les paramètres des lois impliquées ainsi que les proportions du mélange.

Le cadre est restreint aux analyses univariées.

Méthode Kernel Mean Matching (KMM) modifier

Estimation simultanée des deux paramètres modifier

Cette section décrit l'estimation des deux bornes de la distribution uniforme continue , au vu d'un échantillon de n individus.

Soient et les estimateurs respectifs des bornes inférieure et supérieure de la distribution mère, construits sur la base de l'échantillon contenant les modalités de la variable aléatoire issues de la distribution .

La méthode du maximum de vraisemblance aboutit à la sélection des minimum et maximum empiriques :

Ce couple d'estimateurs est biaisé : la probabilité qu'un n-échantillon capture le minimum ou le maximum permis par la distribution mère étant quasi-nulle, la moyenne d'un grand nombre d'observations sur de tels n-échantillons ne converge pas sur les bornes de ladite distribution mère :

La démonstration est produite plus bas.

Loi de distribution régissant ces estimateurs biaisés modifier

Les densités de probabilité sont notées en minuscules (par ex. ), les fonctions de répartition sont notées en majuscules (par ex. ).

Densité de probabilité associée au couple d'estimateurs biaisés modifier

Lois marginales régissant les minimum et maximum empiriques modifier

Concernant l'estimateur de la borne inférieure  :

Par une démonstration similaire, on obtient pour l'estimateur de la borne supérieure  :


Convergence de ces estimateurs modifier

La définition de la convergence d'un estimateur est donnée dans le document référencé [1].

Concernant l'estimateur de la borne inférieure ( sur un n-échantillon) : car aucune valeur inférieure à a ne peut être observée. Donc :

Une démonstration similaire s'applique pour l'estimateur de la borne supérieure.

forme donc un couple d'estimateurs convergents.

Biais de ces estimateurs modifier

Lorsque l'on multiplie les échantillons (de taille donnée), la moyenne des observations ne tend pas vers le couple de bornes de la distribution mère :

Ces deux estimateurs ne sont qu'asymptotiquement sans biais[1], i.e. lorsque la taille de l'échantillon tend vers l'infini.

Recherche d'estimateurs sans biais modifier

Le couple d'estimateurs défini ci-dessous est sans biais[2] :

Le calcul de ces estimateurs (avec ou sans biais) ne nécessite pas la connaissance des paramètres de la distribution mère.
Les lois de distribution qui régissent le couple d'estimateurs sans biais sont plus complexes à déterminer. Le document [2] donne les lois suivantes :
Densité de probabilité associée au couple d'estimateurs sans biais modifier
Lois marginales régissant chacun des deux estimateurs sans biais modifier

Sachant que la variable admet comme support l'intervalle  :

Sachant que la variable admet comme support l'intervalle  :


Intervalle de pari modifier

On considère ici :

  • une loi mère uniforme donnée et connue,
  • le couple d'estimateurs avec biais formé par le minimum et le maximum empiriques déterminés sur un n-échantillon.

Les estimateurs considérés sont ceux avec biais car :

  • leurs lois de distribution sont simples à manipuler ;
  • le document référencé [2] montre que construire des intervalles de pari à partir des estimateurs sans biais n'aboutit pas in fine à des intervalles plus réduits pour un niveau de confiance donné, et en explique la raison.

On cherche à connaître comment se répartissent les n-échantillons possibles formés à partir de la distribution mère , en plaçant dans le plan  :

  • sur l'axe des abscisses, la borne inférieure de la distribution mère et les minima empiriques des échantillons ;
  • sur l'axe des ordonnées, la borne supérieure de la distribution mère et les maxima empiriques des échantillons.

On note :

Zone du plan où l'on peut trouver des des échantillons issus de U (a,b)
Zone du plan où l'on peut trouver des des échantillons issus de U (a,b)

La distribution mère et la construction des estimateurs imposent la hiérarchie suivante : . Les échantillons issus de cette loi mère sont tous situés à l'intérieur du triangle rectangle formé par la droite , la droite et la première bissectrice (cf. figure ci-contre).

Un bon échantillon (i.e. un échantillon représentatif de sa population mère) se caractérise par :

  • un minimum empirique proche de
  • et un maximum empirique proche de

Le risque de pari associé à un échantillon est défini par la probabilité de trouver un échantillon plus mauvais que lui, i.e. présentant :

  • un minimum empirique supérieur ou égal à ,
  • ou un maximum empirique inférieur ou égal à
Intervalle de pari sur le minimum empirique modifier
Intervalle de pari sur le minimum empirique d'un échantillon issu de U (a,b)
Intervalle de pari sur le minimum empirique d'un échantillon issu de U (a,b)

L'expérimentateur choisit son risque de pari . Le risque de pari sur le minimum empirique est défini par l'équation suivante :

La surface de pari sur le minimum empirique au niveau de confiance rassemble les échantillons qui vérifient : et .

Intervalle de pari sur le maximum empirique modifier
Intervalle de pari sur le maximum empirique d'un échantillon issu de U (a,b)
Intervalle de pari sur le maximum empirique d'un échantillon issu de U (a,b)

De façon similaire, le risque de pari sur le maximum empirique est défini par l'équation suivante :

La surface de pari sur le maximum empirique au niveau de confiance rassemble les échantillons qui vérifient : et .

Surface de pari sur les deux bornes modifier

La surface de pari est celle qui capture la proportion des échantillons formés à partir d'une population mère donnée et connue.

Choix de la forme de la surface de pari, représenté dans les coordonnées réduites (φ;ψ)
Choix de la forme de la surface de pari, représenté dans les coordonnées réduites

Le problème dépend de la forme que l'on aura choisi de donner à cette surface, qui peut être un carré, un triangle, un quart de cercle, ... On choisit ici un triangle rectangle, de sommet et dont l'hypoténuse est parallèle à la première bissectrice (cf. figure ci-contre). La raison est que la densité de probabilité associée au couple est constante le long d'un lieu . Ceci permet de découper l'espace suivant une ligne iso-densité, minimisant ainsi la surface de pari pour capturer un effectif donné.

Les variables réduites classiques pour les distributions uniformes sont introduites afin de simplifier les calculs qui suivent :

Les relations de conversion du domaine réel en domaine réduit sont données par le tableau ci-dessous :

Échantillon {m ; M} à population {a ; b} donnée Représentation adimensionnée Population {a ; b} à échantillon {m ; M} donné

Exprimée dans le plan des coordonnées réduites, la surface pari au niveau de confiance est constituée par l'intérieur du triangle rectangle de sommets :

La marge réduite est reliée au risque de pari par l'équation suivante :

Marge réduite = f (effectif de l'échantillon, risque de pari)
Marge réduite = f (effectif de l'échantillon, risque de pari

L'équation liant la marge réduite au risque de pari peut être résolue par la méthode du point fixe : la suite définie ci-dessous converge rapidement vers la solution, même avec une initialisation forfaitaire :

Surface pari au niveau de confiance (1−α) tracée dans le plan des coordonnées de l'expérimentateur
Surface pari au niveau de confiance tracée dans le plan des coordonnées de l'expérimentateur

Le lieu des solutions est tracé ci-contre, en fonction de l'effectif de l'échantillon et du risque de pari .

Replacée dans le plan des coordonnées correspondant au problème réel de l'expérimentateur, la surface pari au niveau de confiance est constituée par l'intérieur du triangle rectangle de sommets :

Surface de confiance modifier

Le point de vue est inversé par rapport à la section précédente :

  • le n-échantillon est connu, et le couple des minimum et maximum empiriques obtenus est  ;
  • on veut connaître quelles populations mères auraient pu générer cet échantillon, au niveau de confiance choisi par l'expérimentateur.
Surface de confiance au niveau de confiance {\displaystyle \left(1-\alpha \right)} tracée dans le plan des coordonnées de l'expérimentateur
Surface de confiance au niveau de confiance tracée dans le plan des coordonnées de l'expérimentateur

Il s'agit donc de recenser les populations mères qui contiennent l'échantillon en question dans leurs surfaces de pari respectives au niveau de confiance .

L'intégrale calculée lors de la démonstration qui établit la surface de pari en coordonnées réduites reste inchangée, quelles que soient les raisons qui font varier ces coordonnées réduites :

  • les variations du couple à population mère fixée,
  • ou bien les variations des bornes de la population mère à échantillon fixé

La surface de confiance est obtenue par déréduction de la surface établie en coordonnées pour le niveau de confiance , en cherchant à échantillon fixé. Cette surface de confiance est constituée par l'intérieur du triangle rectangle de sommets :

  1. a et b Jean-Jacques Ruch, « Statistiques : estimation », sur www.google.fr (consulté le )
  2. a b et c Christophe Boilley, « Estimation des bornes d'une loi uniforme », sur Classeur numérique de Christophe Boilley, (consulté le )