Estadística

Toca TimesNet. Se trata de un modelo para la predicción (y más cosas: imputación, detección de outliers, etc.) en series temporales. Tiene que ser muy bueno porque los autores del artículo dicen nada menos que

As a key problem of time series analysis, temporal variation modeling has been well explored.

Many classical methods assume that the temporal variations follow the pre-defined patterns, such as ARIMA (Anderson & Kendall, 1976), Holt-Winter (Hyndman & Athanasopoulos, 2018) and Prophet (Taylor & Letham, 2018). However, the variations of real-world time series are usually too complex to be covered by pre-defined patterns, limiting the practical applicability of these classical methods.

I.

Cuando éramos críos e íbamos al colegio, todos hemos participado en conversaciones que discurrían más o menos así:

— Quiero ver el programa X.
— No puedes porque A, B y C.
— Pero Fulanito lo ve todos los días.
— No te fijes en lo que hace el más tonto; fíjate en lo que hace el más listo.

Los primeros buscadores de internet eran catastróficos. Un día apareció uno nuevo, Google, con una filosofía de madre de los setenta: fijarse en lo que hacía el más listo, no el más tonto. En el fondo, tecnicismos aparte, era en lo que se basaba el PageRank.

Esta entrada continúa esta otra y describe un cambio realizado en la app para ilustrar qué ocurre —spoiler: nada bueno— cuando se calcula el poder de un test a posteriori, es decir, usando como estimaciones el efecto y su ruido los valores observados.

Como comprobará quien use la herramienta, puede ocurrir casi cualquier cosa. Y, en particular, para potencias de partida pequeña, la estimación de la potencia a posteriori es una enorme sobreestimación de la real cuando la prueba es significativa.

I.

Supongamos que X es una población determinada. A alguien le interesa estudiar cierto aspecto de ella. Lo que procede es:

1. Muestrear X adecuadamente.
2. Medir los parámetros de interés en la muestra.
3. Aplicar técnicas de inferencia estadística.
4. Redactar las conclusiones pertinentes.

II.

Supongamos que a alguien le interesa aprender sobre cierto aspecto de una población X. Lo que tiene que hacer es buscar publicaciones en que lo hayan estudiado como se indica en I. Seguramente hay muchas más fuentes que hablen de ese aspecto de la población X, pero si no se han redactado siguiendo el esquema anterior o no están basados en fuentes primarias que lo hayan hecho así, solo acertarán, si lo hacen, de casualidad.

Desde cierto punto de vista, lo ideal a la hora de realizar una prueba estadística es que:

• El efecto sea grande.
• La variación de los sujetos sea pequeña.
• El tamaño de la muestra sea generoso.

Pero solo bajo cierto punto de vista: todas las pruebas estadísticas en que pasa eso ya se han hecho antes. Llevamos cientos de años haciendo ciencia y billones de euros invertidos en ella. Lo que nos enseñan las pruebas estadísticas con un SNR (signal to noise ratio) y posibilidad de extraer nuevas observaciones a bajo coste, ya lo sabemos desde hace tiempo. Lo que queda por averiguar de ese antílope del que ya se han saciado la manada de leones que lo cazó son las vísceras, tendones y huesos que roen las hienas. Quienes se dedican a la ciencia están abocados, por aquello de la originalidad, a estudiar problemas en los que algunas de las condiciones anteriores deja de cumplirse. Es decir, muchos de los resultados publicados han estudiado datos en los que:

En Improving Research Through Safer Learning from Data, Frank Harrell, junto con otros consejos muy provechosos para aquellos investigadores que tengan un compromiso más serio con la rectitud metodológica que con el desarrollo de su carrera profesional, menciona a modo de ejemplo una solución propuesta por Box y Tiao (en el tercer capítulo de esto) al problema del t-test en el caso de que no rija la hipótesis de normalidad. Más propiamente, en casos en los que se sospecha que la desviación con respecto a la normalidad lo es en términos de la curtosis (y no la asimetría).

Son:

• El detective Salazar y los modelos bayesianos de Emilio Torres Manzanera.
• Fundamentos de estadística de José Ramón Barrendero.

I.

Voy a plantear el problema del día en el contexto más simple y familiar para la mayoría que se me ocurre: una ANOVA para comparar dos tratamientos. Se puede representar de la forma

$$y_i \sim \alpha + \beta_{T(i)} + \epsilon$$

donde $T(i)$ es el tratamiento, $A$ o $B$, que recibe el sujeto $i$. Parecería que el modelo estuviese sugiriendo determinar tres parámetros, $\alpha$, $\beta_A$ y $\beta_B$, correspondientes al efecto sin tratamiento y los efectos adicionales de los tratamientos $A$ y $B$. Sin embargo, si $\hat{\alpha}$, $\hat{\beta}_A$ y $\hat{\beta}_B$ es una solución, también lo es $\hat{\alpha} + \lambda$, $\hat{\beta}_A - \lambda$ y $\hat{\beta}_B - \lambda$ para cualquier $\lambda$. ¡No hay solución única (sino, más bien, una recta entera de soluciones)!

I.

Las distintas disciplinas estudian aspectos diferentes de la realidad. Para ello crean modelos. Un modelo es una representación teórica y simplificada de un fenómeno real. Por un lado, el territorio; por el otro, el mapa.

Los físicos modelan cómo oscila un péndulo y se permiten obviar cosas como el rozamiento del aire. Los economistas, la evolución del PIB o la inflación. Los biólogos, la absorción de una determinada sustancia por un tejido. Los ingenieros, el comportamiento aerodinámico de un prototipo. Etc.

Hoy voy a abundar sobre el modelo 3PL que ya traté el otro día. En particular voy a contrastar críticamente varios modelos alternativos sobre los mismos datos.

I.

El modelo que implementé (aquí) puede describirse así:

$$r_{ij} \sim \text{Bernoulli}(p_{ij})$$ $$p_{ij} = p(a_i, d_j, …)$$ $$a_i \sim N(0, 1)$$ $$d_j \sim N(0, 1)$$ $$\dots$$

donde

$$p = p(a, d, \delta, g) = g + \frac{1 - g}{1 + \exp(-\delta(a- d))}$$

y $a_i$ y $d_j$ son la habilidad del alumno $i$ y la dificultad de la pregunta $j$ respectivamente. Nótese además cómo en $f$ estas dos variables intervienen solo a través de su diferencia, $a - d$.