Statistical Analysis of Categorical Time Series through Sparse Markov Models

通过稀疏马尔可夫模型对分类时间序列进行统计分析

基本信息

  • 批准号:
    1811933
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-08-15 至 2023-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Analysis of a sequence of categorical values is best done by a model that captures the statistical properties of the sequence, while being simple enough so that statistical analysis is feasible. In many cases, the analysis of such data has been simplified by the sequence having a short memory or Markov property in the sense that conditional probabilities depend on only the very recent past. Whereas Markov models are applied extensively, typically low-order models are fit because the number of estimated conditional probabilities grows geometrically as the number of past observations used for conditioning increases. Another drawback involves the lack of model flexibility, as the number of possible Markov models is limited. Sparse Markov models (SMM) help with these two problems, thus allowing better model fits. While theoretical results for Markov models are prevalent, those for SMMs are relatively rare, only being considered in the last decade. Thus, there is tremendous potential for the furthering of knowledge related to theory and applications of SMMs to analyze categorical time series. This is the fundamental aim of this project. Sparse Markov models allow the fitting of a parsimonious model that is also flexible enough so that a better trade-off is obtained between bias that arises from conditioning contexts that are shorter than truth and variance from having many parameters to estimate, thus improving inference. This project studies theoretical properties and applications of sparse Markov models; the special case of variable length Markov chains (VLMCs) to the analysis of categorical time series is considered. Related objectives are (i) To develop theory for prediction of data from SMMs, central limit theorems, model fitting through regularized regression, and comparisons of asymptotic and finite-sample properties of derived and current methods; (ii) To develop a new model called hidden sparse Markov models (HSMMs); (iii) To extend methods for efficient computation of distributions of pattern statistics in Markovian sequences to both sparse and hidden sparse Markov models; (iv) To apply VLMCs/SMMs and HSMMs to improve the analysis and inference of various categorical time series.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
对分类值序列的分析最好通过捕获序列的统计特性的模型来完成,同时足够简单,以便统计分析是可行的。 在许多情况下,这种数据的分析已经被具有短记忆或马尔可夫性质的序列简化,在这个意义上,条件概率仅取决于最近的过去。 而马尔可夫模型被广泛应用,通常低阶模型是适合的,因为估计的条件概率的数量几何增长的过去的观察用于条件的数量增加。 另一个缺点涉及缺乏模型灵活性,因为可能的马尔可夫模型的数量有限。 稀疏马尔可夫模型(SMM)有助于解决这两个问题,从而允许更好的模型拟合。 虽然马尔可夫模型的理论结果很普遍,但SMM的理论结果相对较少,仅在过去十年中才被考虑。 因此,有巨大的潜力,进一步的知识相关的理论和应用SMM分析分类时间序列。 这是这个项目的根本目的。稀疏马尔可夫模型允许拟合一个简约模型,该模型也足够灵活,以便在由比真值短的条件上下文引起的偏差和由许多参数估计引起的方差之间获得更好的权衡,从而改善推断。 本计画研究稀疏马尔可夫模型的理论性质与应用,并将变长马尔可夫链应用于分类时间序列的分析。 相关的目标是:(i)发展预测SMM数据的理论、中心极限定理、通过正则化回归的模型拟合以及比较衍生方法和当前方法的渐近和有限样本性质;(ii)发展称为隐稀疏马尔可夫模型(HSMM)的新模型; ㈢将有效计算马尔可夫序列模式统计分布的方法推广到稀疏和隐稀疏马尔可夫模型;(iv)应用VLMC/SMM和HSMM来改进各种分类时间序列的分析和推断。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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专利数量(0)
Distributions of pattern statistics in sparse Markov models
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