Estadística

[Esta entrada abunda sobre la de ayer y sin la cual no se entiende.]

Generemos unos datos, las x:

n <- 1000
sigma <- .5
x <- rep(-2:2, each = n)
x_real <- -1 + .5 * x + rnorm(length(x), 0, sigma)

En el bloque anterior hemos creado una/la variable observada, x, el término lineal que operará en el modelo de Poisson, -1 + .5 * x, y el real, -1 + .5 * x + rnorm(length(x), 0, sigma), que agrega al anterior el impacto de otras variables no tenidas en cuenta a través de un error normal al uso.

El modelo de Poisson viene a decir que si y es una variable con valores 0, 1,… y x1,…, xn son variables explicativas tiene cierto sentido en algunos casos plantear un modelo de la forma

$$ y | x_i \sim \text{Pois}(\exp(a_0 + \sum_i a_i x_i) ),$$

Es decir , para cada combinación de las xi, el modelo proporciona el parámetro de una distribución de Poisson de la que y es una realización. Hay una incertidumbre (o un error irreductible) que reside en que de y solo conocemos la distribución.

Traduzco de aquí:

En estadística y econometría se habla a menudo del efecto medio de un tratamiento. A menudo, he sido [Gelman] escéptico con respecto al efecto medio por la sencilla razón de que, si se trata de un efecto medio, se está reconociendo la posibilidad de variación; y si hay una variación importante (tanto como para hablar del efecto medio y no solo del efecto) es que nos preocupa tanto que deberíamos estudiarla directamente en lugar de reducirla a su promedio.

Esta entrada se entiende mal sin esta otra donde se daba noticia de un clasificador que era mucho mejor o peor (de acuerdo con ciertas métricas) según la tasa de prevalencia de la clase relevante a pesar de que tanto su sensibilidad como su especificidad no eran particularmente malas. Efectivamente, con lo del coronavirus hemos reaprendido a darle la vuelta a las probabilidades condicionales y aplicar el teorema de Bayes para ver qué cabía esperar de un clasificador cuyas bondades se predican en términos de la sensibilidad y la especificidad.

Estos días estoy muy atento a todo lo que tiene que ver con estadística robusta. El motivo es doble:

• Estoy involucrado en un proyecto donde quieren ajustar ciertos modelos usando funciones de pérdida robustas (Huber, Tukey, etc.).
• Hay una $1 > p > 0$ de que me toque meter mano a MOMO y sus derivados para que lo del coronavirus no joda los contrafactuales de 2021 y sucesivos (¿bastará con eliminar unos cuantos meses de 2020?).

Así las cosas, ha aterrizado en mi tableta The Changing History of Robustness, donde, el autor, Stigler:

Hoy voy a comentar un artículo muy raro que me ha llegado recientemente y que se titula nada menos que Bayesian Estimation with Informative Priors is Indistinguishable from Data Falsification.

Argumenta el artículo alrededor de lo siguiente (que creo que ya sabemos todos: son ejercicios matemáticos básicos de un curso introductorio de probabilidad):

• Que la inferencia bayesiana con prioris planas (degeneradas, de ser necesario) es equivalente a la inferencia frecuentista.
• Que para tres ejemplos concretos (binomial, Poisson y normal), de usarse prioris a través de las distribuciones conjugadas, el resultado de la inferencia bayesiana es equivalente a haber añadido datos (problemas de redondeo aparte) a los originales.

Luego añade unos experimentos numéricos para dejar constancia de que no se ha equivocado en las cuentas y mostrar que, efectivamente, sustituyendo las letras por números y operando se obtienen los resultados que anuncian las matemáticas con su árido simbolismo.

Construyo unos datos (artificiales, para conocer la verdad):

n <- 10000
x1 <- rnorm(n)
x2 <- rnorm(n)
probs <- -2 + x1 + x2
probs <- 1 / (1 + exp(-probs))
y <- sapply(probs, function(p) rbinom(1, 1, p))
dat <- data.frame(y = y, x1 = x1, x2 = x2)

Construyo un modelo de clasificación (logístico, que hoy no hace falta inventar, aunque podría ser cualquier otro):

summary(glm(y ~ x1 + x2, data = dat, family = binomial))
#Call:
#glm(formula = y ~ x1 + x2, family = binomial, data = dat)
#
#Deviance Residuals:
#    Min       1Q   Median       3Q      Max
#-2.2547  -0.5967  -0.3632  -0.1753   3.3528
#
#Coefficients:
#            Estimate Std. Error z value Pr(>|z|)
#(Intercept) -2.05753    0.03812  -53.97   <2e-16 ***
#x1           1.01918    0.03386   30.10   <2e-16 ***
#x2           1.00629    0.03405   29.55   <2e-16 ***
#---
#Signif. codes:  0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1
#
#(Dispersion parameter for binomial family taken to be 1)
#
#    Null deviance: 9485.2  on 9999  degrees of freedom
#Residual deviance: 7373.4  on 9997  degrees of freedom
#AIC: 7379.4
#
#Number of Fisher Scoring iterations: 5

Correcto.

Titulo así a cuenta de un proceso mental de varios saltos producidos a partir de la lectura del muy recomendable Five ways to ensure that models serve society: a manifesto. En particular del parrafito

Quantification can backfire. Excessive regard for producing numbers can push a discipline away from being roughly right towards being precisely wrong. Undiscriminating use of statistical tests can substitute for sound judgement. By helping to make risky financial products seem safe, models contributed to derailing the global economy in 2007–08.

Como tan a menudo se nos olvida, Taleb nos recuerda, breve y conciso, un par de cositas sobre las predicciones puntuales aquí. Además, casi todo lo que tiene que decir se resume en:

Problema de regresión. Queremos $y = f(\mathbf{x})$. Lo más simple que podemos hacer: fiarlo todo a Taylor y escribir $ y = a_0 + \sum_i a_i x_i$.

Problema de clasificación. Lo más simple que podemos hacer, de nuevo: linealizar. Pero la expresión lineal tiene rango en $(-\infty, \infty)$. Solución, buscar la función $f$ más sencilla que se nos pueda ocurrir de $(-\infty, \infty)$ en $[0, 1]$. Entonces, $y = f(a_0 + \sum_i a_i x_i)$.