Кіріспе

Қолда бар деректерді іріктеуге негізделген статистикалық әдістер жиынтығы. Статистикада қайта іріктеу – бір байқалған үлгіден жаңа үлгілер жасау. Қайта іріктеу әдістері:
Пермутациялық тесттер (сондай-ақ қайта рандомизациялық тесттер)
Бутстрап
Кросс-валидация
Жеккөңіш әдісі

Пермутация сынақтары

Пермутациялық сынақтар нөлдік гипотеза дұрыс деп есептеліп, бастапқы деректерді қайта сынауға негізделеді. Қайта сынау нәтижелері бойынша, нөлдік гипотеза жағдайында бастапқы деректердің қаншалықты болу ықтималдығы туралы қорытынды жасауға болады.

Bootstrap-пен жұмыс істеу

Бутстрапинг – бастапқы үлгіден қайталап үлгі алу арқылы бағалаушының үлгілік таралуын бағалаудың статистикалық әдісі. Көбінесе, бұл әдіс орташа, медиана, үлес, қатынас шансы, корреляциялық коэффициент немесе регрессиялық коэффициент сияқты популяциялық параметрлердің стандартты қателіктері мен сенімділік интервалдарын еңбектеп бағалау үшін қолданылады. Бұл әдіс «қосымша принцип» деп те аталады, себебі ол популяциялық таралудың функционалдарын бағалау үшін, үлгіге негізделген эмпирикалық таралуда сол функционалдарды бағалау арқылы жүзеге асырылады. Мысалы, осы контексте бутстрап эмпирикалық салмақталған ықтималдық шараларын эмпирикалық шаралармен алмастыру үшін пайдаланылады. Бутстрап аз салмаққа ие үлгілерді жоғары салмаққа ие үлгілердің көшірмелерімен алмастыруға мүмкіндік береді.

Крестік валидациялау

Кроссты растау – болжамдық модельді тексерудің статистикалық әдісі. Деректердің ішкі жиынтықтары тексеру жиынтықтары ретінде қолданылады; модель қалған деректерге (оқу жиынтығы) сәйкестендіріледі және тексеру жиынтығы үшін болжамдар жасау үшін пайдаланылады. Тексеру жиынтықтары бойынша болжамдар сапасының орташасы – болжамның жалпы дәлдігін көрсетеді. Кроссты растау шешім ағаштарын құру кезінде жиі қолданылады. Кроссты растаудың бір түрі бір уақытта бір ғана дерек нүсқасын (бақылауды) қалдырады; бұл соқпақ әдісіне ұқсас. Тағы бір түрі – K-қатты кросс-растау, деректерді K ішкі жиынтыққа бөледі; олардың әрқайсысы кезекпен тексеру жиынтығы ретінде қолданылады. Бұл «өздік әсер етуден» сақтайды. Салыстыру үшін, сызықтық регрессия сияқты регрессиялық талдау әдістерінде әр y мәні регрессия сызығын өзіне қарай тартып, сол мәннің болжамын нақты болғаннан дәл көрінеді. Сызықтық регрессияға қолданылатын кросс-растау әр дерек нүсқасының y мәнін сол нүсқаны пайдаланбастан болжайды. Бұл регрессияда қанша болжаушы айнымалы қолдану керектігін анықтау үшін жиі қолданылады. Кроссты растаусыз, болжаушыларды қосу әрқашан қалдықтардың квадратын азайтады (немесе өзгеріссіз қалдырады). Керісінше, құнды болжаушылар қосылса, кросс-растау арқылы алынған орташа квадраттық қате азаяды, ал құнды емес болжаушылар қосылса, көбейеді.

Жақсылықпен тексеру

Jackknifing (jackknife cross validation) статистикалық қорытындыда статистиканың теріс және стандартты қатесін (дисперсиясын) бағалау үшін қолданылады, оны есептеу үшін байқаулардың кездейсоқ үлгісі пайдаланылады. Тарихи тұрғыдан алғанда, бұл әдіс 1949 жылы Quenouille осы әдісті ойлап тапқан және 1958 жылы Tukey оны кеңейткенге дейін, bootstrap әдісінің пайда болуына дейін болды. Бұл әдіс 1946 жылы Махаланобиспен көрегендік танытты, ол қызығушылық тудырған статистиканы бағалауды қайталап жасауды ұсынды, үлгінің жартысы кездейсоқ түрде таңдалды. Ол осы әдіске «бір-бірімен араласатын үлгілер» деген ат қойды. Quenouille осы әдісті үлгі бағасының терістігін азайту мақсатымен ойлап тапты. Tukey бұл әдісті кеңейтіп, егер репликалар бірдей және тәуелсіз таралымға ие болса, үлгі параметрінің дисперсиясын бағалауға болады және ол шамамен n-1 еркіндік дәрежесімен t-таралымға ұқсас болады (mұнда n – үлгінің көлемі). Jackknife дисперсиялық бағалаушының негізгі идеясы – статистикалық бағалауды жүйелі түрде қайта есептеу, үлгі жиынтығынан бір немесе бірнеше байқауларды әр жолы алып тастау. Статистиканың осы жаңа репликалар жиынтығынан статистиканың терістігіне және дисперсиясына бағалаулар есептелуі мүмкін. Дисперсияны бағалау үшін jackknife-ты пайдаланудың орнына, оны дисперсияның логарифміне қолдануға болады. Бұл түрлендіру, әсіресе дисперсияның өзі қалыпты емес таралымға ие болғанда, жақсырақ бағалауларға әкелуі мүмкін. Көптеген статистикалық параметрлер үшін jackknife дисперсиясының бағасы асимптотикалық түрде нақты мәнге жақындайды. Техникалық тұрғыдан алғанда, jackknife бағасы консистентті (сәйкес) дейміз. Jackknife үлгі орташасы, үлгі дисперсиясы, орталық және орталық емес t-статистикасы (мүмкін қалыпты емес популяциялар үшін), үлгі коэффициентінің өзгеруі, максималды ықтималдық бағалаушылары, ең кіші квадраттар бағалаушылары, корреляциялық және регрессиялық коэффициенттері үшін консистентті. Ол үлгі медианасы үшін консистентті емес. Бірмодальды вариация жағдайында, jackknife дисперсиясының үлгі дисперсиясына қатынасы екі еркіндік дәрежесі бар хи-квадрат таралымының жартысы квадратына таралады. Jackknife, бастапқы bootstrap сияқты, деректердің тәуелсіздігіне байланысты. Деректердегі тәуелділікті ескеретін jackknife-тың кеңейтулері ұсынылған. Тағы бір кеңейту – Poisson үлгілемесімен байланысты қолданылатын топты жою әдісі. Jackknife, кездейсоқ (субсамплинг) бір элементті жою кросс-валидациясына тең, олар тек мақсатымен ғана ерекшеленеді.

Бутстрап пен джак-қанатты салыстыру

Екі әдіс те – Bootstrap және Jackknife – параметрлік болжамдарға емес, статистикалық көрсеткіштердің субнақтылар арасындағы өзгеруіне негізделіп, статистикалық көрсеткіштің өзгеруін бағалайды. Көбірек жалпы жағдайда, m бақылауды жою арқылы жасалатын Jackknife үшін, Bootstrap оны кездейсоқ жуықтама ретінде қарастыруға болады. Екеуі де ұқсас сандық нәтижелер береді, сондықтан әрқайсысын екіншісіне жуықтама ретінде қарастыруға болады. Олардың математикалық түсініктерінде үлкен теориялық айырмашылықтар болғанымен, статистика қолданушылары үшін негізгі практикалық айырмашылық – бір деректер жиынымен жұмыс істегенде Bootstrap әрқашан әртүрлі нәтижелер береді, ал Jackknife әрқашан бірдей нәтиже береді. Осы себепті, егер бағалауды жариялау алдында бірнеше рет тексеру қажет болса (мысалы, ресми статистика агенттіктері), Jackknife көбірек қолданылады. Ал егер бұл тексеру қажет болмаса және сандық мәннен гөрі оның таралуы туралы түсінік маңызды болса, Bootstrap артық көріледі (мысалы, физика, экономика, биология ғылымдарында). Bootstrap немесе Jackknife таңдауы зерттеудің статистикалық емес, операциялық аспектілеріне көбірек байланысты болуы мүмкін. Бастапқыда қисайдылықты азайту үшін қолданылатын Jackknife – арнайы әдіс және тек нүктелік бағалаушының дисперсиясын бағалайды. Бұл негізгі статистикалық қорытындылар үшін жеткілікті (мысалы, гипотезаны тексеру, сенімділік интервалдары). Ал Bootstrap алдымен нүктелік бағалаушының бүкіл таралуын бағалайды, содан кейін осыдан дисперсияны есептейді. Бұл қуатты және оңай болғанымен, есептеулерге көп уақыт қажет етеді. "Bootstrap дисперсияны және таралуды бағалау мәселелеріне қолданылуы мүмкін. Дегенмен, Bootstrap дисперсиялық бағалауы эмпирикалық нәтижелер бойынша Jackknife немесе теңгерілген қайталама репликация (BRR) дисперсиялық бағалауынан нашар. Сонымен қатар, Bootstrap дисперсиялық бағалауы көбінесе Jackknife немесе BRR-ге қарағанда көбірек есептеулерді қажет етеді. Сондықтан Bootstrap негізінен таралуды бағалау үшін ұсынылады." Jackknife-ты қолданғанда, әсіресе бір бақылауды жою арқылы жасалатын Jackknife-та ерекше назар қажет. Оны тек тегіс, дифференциалданатын статистикамен ғана қолдану керек (мысалы, қосындылар, орташалар, пропорциялар, қатынастар, тақ қатынастар, регрессия коэффициенттері және т.б.; медианалар немесе квантильдер емес). Бұл практикалық кемшілік болуы мүмкін. Осы кемшілік көбінесе Bootstrap-ты Jackknife-тан артық көруге себеп болады. Бір бақылауды жоюдан гөрі жалпы Jackknife, мысалы, m бақылауды жою немесе Hodges–Lehmann бағалаушысын қолдану, медианалар мен квантильдер үшін бірқалыпты дисперсияны бағалау үшін тегіс талаптарды жеңілдету арқылы бұл мәселені шешеді. Күрделі үлгі алу схемаларына Bootstrap-тан гөрі Jackknife-ты қолдану әдетте оңай. Күрделі үлгі алу схемалары стратификацияны, көп сатылы (кластерлеуді), әртүрлі үлгі алу салмақтарын (жауапсыздық түзетулерін, калибрлеуді, стратификациядан кейінгі түзетулерді) және тең емес ықтималдық үлгі алу жобаларын қамтуы мүмкін. Bootstrap және Jackknife-тың теориялық аспектілерін Шао және Тудың (1995) еңбегінен табуға болады, ал негізгі кіріспе Уолтердің (2007) еңбегінде келтірілген. Сызықтық дискриминантты функция немесе көп регрессия сияқты сызықтық модельдерде модельдік болжамның қатесін бағалауда Bootstrap бағасы Jackknife бағасынан дәл.