Как ограничить коэффициенты регрессии Пуассона положительными в R?

Предположим следующую ситуацию:
У меня есть данные подсчета переменной Y, которая, как я полагаю, распределена Пуассона. У меня также есть данные переменной X за тот же период времени, и каждое наблюдение представляет собой определенное событие. Я предполагаю, что значения Y происходят от двух разных воздействий, поэтому я разделил каждое наблюдение Y_i на два распределенных Пуассона Y_i1 и Y_i2, но у меня все еще есть наблюдения только об общих Y_i. Я также предполагаю, что события (представленные X) имеют долгосрочное влияние на Y_i1, и у меня есть оценки параметра lambda_i2.

Итак, моя формула регрессии -
fml=Y_i ~ b_1*X_i+....+b_n*X_(i-n+1) + offset(lambda_i2) -1 с n> = 24.
Это означает, что последние 24 (или более, из-за долгосрочного эффекта) значений X влияют на значение Y_i1 аддитивным образом, и я не имеют перехвата (b_0 = 0).

Я создал матрицу m, строки которой представляют Y_i, все ее 24 (или более) регрессора для каждого наблюдения Y_i и соответствующую оценку lambda_i2.

Теперь я использовал glm(fml, family=poisson(link="identity"), data=m) и попробовал его для разных значений n (= 24,48,36, ...).

Всегда некоторые коэффициенты получали отрицательные значения, что не имеет смысла в интерпретации. (События, представленные X, могут иметь только положительное влияние или не оказывать никакого влияния на значение Y.)

Это приводит к моему вопросу:

Как я могу использовать ограничение b_i >=0 в моей модели?

В моем предыдущем исследовании я нашел функцию glmc (), но я не уверен, как включить сюда свое ограничение.

В качестве альтернативы я также подумал об анализе этой модели байесовским способом, но все же я не нашел байесовской версии glm () для распределения Пуассона, чтобы я мог самостоятельно указать априор для b_i. (Тогда я мог бы включить положительность в априорное.)

Есть ли у вас какие-либо идеи?

Это выдержка из моих данных и моего кода:

y=c(279,623, 1025, 1701, 1862, 2544, 2308, 2231, 2234, 2550, 2698, 2805, 3510, 3032, 2746, 2074, 1062,  513,  226,  116,   87,   79,  116, 335,  594, 1081, 1425, 1775, 2056, 2387, 2337, 2354, 2665, 2406, 2433, 2550, 2820, 3655, 4566, 2330, 1267,  531,  280,  148,   92,   89, 141,  458,  852, 1214)
X=c(0, 0, 0,  0,  0,  0, 0, 0,  0, 0,  0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.88349136, 0.54951680, 0.13306912, 0.15321180, 0.00000000, 1.42569128, 0.55808054, 0.65486418, 0.27530564, 0.24813572, 0, 0, 2.09889028, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1.18947898, 0.17347032, 0.94538886, 0.03334654, 0.05593732, 0.00000000, 0.99772264, 0.11121918, 0, 1.41673120, 0.27375384, 0, 0, 0, 0, 5.67487576, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1.55642510, 0.98419866, 0.50992652)
lambda=c(253.5,  562.5, 1053.0, 1645.0, 2064.5, 2215.0, 2503.0, 2443.0, 2514.5, 2701.0, 2972.5, 3035.5, 3422.5, 3295.0, 2882.5, 2094.0, 1211.0,  579.5,  265.5,  155.0,  112.5,   82.5,  117.5,  306.0,  627.0, 1021.0, 1463.5, 1722.5, 2017.5, 2146.5, 2209.0, 2231.5, 2265.0, 2320.0, 2442.0, 2507.0, 2957.0, 3674.0, 3345.5, 2285.0, 1265.0,  555.5,  252.0,  145.5,   86.5,   90.5,  148.0,  362.0, 738.0, 1137.5)

regressors=function(n,x){
  m=length(x)-n+1;
  r=matrix(0,m,n);
  for (i in 0:(n-1)){ r[,(i+1)]=x[(n-i):(length(x)-i)]}
  return(r);
}
r=regressors(24,X);
reg=cbind(y,data.frame(r),lambda);
fml=as.formula(paste("y~", paste(colnames(reg)[2:25], collapse = "+"), "+offset(lambda)-1"));
g=glm(fml, poisson(link="identity"), data=reg); %this leads to negative coefficients
obj=function(b){-sum(dpois(y, r%*%b, log=TRUE))}
st=coef(lm(fml, data=reg));
opt=optim(st, obj); % this is where the error occurs

regressors () - это функция, которую я написал для вычисления регрессоров (в результате получается матрица r с n столбцами и 50 строками, и каждая строка i представляет собой регрессоры y_i).


person Mara    schedule 24.01.2016    source источник
comment
Не могли бы вы добавить некоторые данные и полный код, который вы написали?   -  person Cleb    schedule 24.01.2016


Ответы (1)


Попробуйте первые принципы.

# generate random input data
set.seed(123)
n <- 100
x <- 1:n
X <- cbind(1, x)
b <- c(0.1, 3)
y <- rpois(n, X %*% b)

# log likelihood objective function
obj <- function(b) -sum(dpois(y, X %*% b, log = TRUE))

# as a check try with no constraints - these two should give the same coefs
glm(y ~ X + 0, family = poisson("identity"))
st <- coef(lm(y ~ X + 0)); optim(st, obj)

# now add lower bounds ensuring starting value is in feasible region
optim(pmax(st, 1), obj, lower = c(0, 0), method = "L-BFGS-B")

Примечание 1. Будьте осторожны, если ваши оценки параметров находятся на границе допустимой области, как в приведенном выше примере с ограничениями.

Примечание 2: это переработанный код, который позже был добавлен к вопросу. y, X, lambda и regressors такие же, как в вопросе. Обратите внимание, что добавление ограничения приводит к обнулению многих коэффициентов.

r <- regressors(24,X)
reg <- cbind(y,data.frame(r),lambda)

fml <- y ~ . - lambda + offset(lambda)

# check that g and opt give the same coefs

g <- glm(fml, poisson(link = "identity"), data = reg)

obj <- function(b)-sum(dpois(y, r%*%b + lambda, log = TRUE))
st <- coef(lm(fml, data=reg))
opt <- optim(st, obj, method = "BFGS", control = list(maxit = 500))

optim(pmax(coef(g), 1), obj, method = "L-BFGS-B", lower = 0 * st)
person G. Grothendieck    schedule 24.01.2016
comment
Я пробовал это, но, к сожалению, получил следующую ошибку: Error in optim(st, obj) : function cannot be evaluated at initial parameters In addition: Warning message: In dpois(reg$y, r %*% b, log = TRUE) : NaNs wurden erzeugt - person Mara; 26.01.2016
comment
Извините, я не очень знаком с такими сообщениями. Я почистил это сейчас. - person Mara; 26.01.2016
comment
Я добавил Примечание 2. - person G. Grothendieck; 26.01.2016
comment
Большое спасибо! Это очень хорошо работает для отрывка из моих данных, которые я вам предоставил. Но, к сожалению, при добавлении дополнительных данных или использовании всех моих данных (1162 наблюдения) я получаю это сообщение об ошибке: Error in optim(st, obj, method = "BFGS", control = list(maxit = 500)) : initial value in 'vmmin' is not finite In addition: Warning message: In dpois(reg$y, r %*% b + reg$lambda, log = TRUE) : NaNs produced Боюсь, я не могу предоставить вам все свои данные, но не могли бы вы дать мне несколько общих советов, как преодолеть это? ошибка? - person Mara; 27.01.2016