Munich Personal RePEc Archive
Distributional results for thresholding estimators in high-dimensional Gaussian regression models
Pötscher, Benedikt M. and Schneider, Ulrike
University of Vienna, University of Goettingen
June 2011
Online at https://mpra.ub.uni-muenchen.de/34706/
MPRA Paper No. 34706, posted 21 Nov 2011 17:15 UTC
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ˆθS,i= ˆθS,i(ηi,n) = sign(ˆθLS,i) ˆθLS,i −σξi,nηi,n ,
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=
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ξi,nηi,n→0 n / ηi,n→ei 0≤ei≤ ∞
ei < ∞ $ θn = (θ ,n, . . . , θk ,n) ∈ Rk σn∈(0,∞) n / θi,n/(σnξi,n)→νi∈R #
n→∞lim Pn,θ ,σ ˆθi= 0 = Φ (−νi+ei)−Φ (−νi−ei).
ei = ∞ $ θn = (θ ,n, . . . , θk ,n) ∈ Rk σn∈(0,∞) θi,n/(σnξi,nηi,n)→ζi∈R #
' |ζi|<1 limn→∞Pn,θ ,σ ˆθi= 0 = 1 ( |ζi|>1 limn→∞Pn,θ ,σ ˆθi= 0 = 0
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Pn,θ,σ ˆθLS,i ≤σξˆ i,nηi,n|ˆσ=sσ ρn−k(s)ds
=
∞
Pn,θ,σ ˆθi(sηi,n) = 0 ρn−k(s)ds
=
∞
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−Φ n / −θi/(σξi,n)−sηi,n ρn−k(s)ds
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! Pn,θ,σ ˜θi= 0 −ci,n → 0 n → ∞ θ θi = 0 ci,n = Tn−k(ei)−Tn−k(−ei) lim supn→∞ci,n < 1 n / ηi,n→ei"0≤ei<∞
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' + n−k , m" "
n→∞lim Pn,θ ,σ ˜θi= 0 =
∞
(Φ (−νi+sei)−Φ (−νi−sei))ρm(s)ds.
( + n−k→ ∞ "
n→∞lim Pn,θ ,σ ˜θi= 0 = Φ (−νi+ei)−Φ (−νi−ei).
ei = ∞ $ θn = (θ ,n, . . . , θk ,n) ∈ Rk σn∈(0,∞) θi,n/(σnξi,nηi,n)→ζi∈R
' + n−k , m" "
n→∞lim Pn,θ ,σ ˜θi = 0 =
∞
|ζ|
ρm(s)ds= Pr(χm> mζi).
( + n−k→ ∞ "
' |ζi|<1 limn→∞Pn,θ ,σ ˜θi= 0 = 1 ( |ζi|>1 limn→∞Pn,θ ,σ ˜θi= 0 = 0
) |ζi|= 1 n / ηi,n/(n−k) / →0
n→∞lim Pn,θ ,σ ˜θi= 0 = Φ(ri) ri,n:=n / ηi,n−ζiθi,n/(σnξi,n) →ri ri∈R
& |ζi|= 1 n / ηi,n/(n−k) / →2/ di 0< di<∞
n→∞lim Pn,θ ,σ ˜θi= 0 =
∞
−∞
Φ(dit+ri)φ(t)dt
ri,n →ri ri ∈R -. 1
ri=∞" 0 ri =−∞/
0 |ζi|= 1 n / ηi,n/(n−k) / → ∞
n→∞lim Pn,θ ,σ ˜θi= 0 = Φ(ri′) n / ηi,n/(n−k)/ − ri,n→2− / r′i ri′∈R
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n / ηi,n(n−k)− / →0 n→ ∞ # sup
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i≤k=k(n) n
˜θi θi ξi,nηi,n→0 ξi,n/n / →0
$ ξi,nηi,n → 0 ξi,n/n / →0 # ˜θi
ε >0
n→∞lim sup
θ∈R
sup
<σ<∞Pn,θ,σ ˜θi−θi > σε = 0.
"˜θi ai,n ai,n= min n / /ξi,n,(ξi,nηi,n)−
ε >0 M >0
sup
n∈N
sup
θ∈R
sup
<σ<∞Pn,θ,σ ai,n ˜θi−θi > σM < ε.
$ ξi,nηi,n → 0 ξi,n/n / →0 bi,n ≥0 + ε >0 M >0
lim sup
n→∞ sup
θ∈R
sup
<σ<∞Pn,θ,σ bi,n ˜θi−θi > σM < ε <6?
" bi,n=O(ai,n)
ˆθi ˆθH,i"ˆθS,i" ˆθAS,i #
ˆθi
* + ˜θH,i)˜θS,i) ˜θAS,i < +
% ? (ai,n *
* % - * ) % % (n / /ξi,n
) + 2* .
+ % ) * ( ) * +
( ( (ξi,nηi,n)− ) ) % + 2
% ; < 2 ? < % % (
? 1 * + %
6 A
& - n/ ηi,n→ei= 0) ˜θi ( * ( ; % ˆθLS,i
% (ε >0
n→∞lim sup
θ∈R
sup
<σ<∞
Pn,θ,σ n / /ξi,n |˜θi−ˆθLS,i|> σε = 0.
@ ˆθi 1 ˜θi + ( <"8? C
( * ρn−k D ˆθi +
ˆθi−ˆθLS,i ≤σξi,nηi,n
' < ? @ % * $6 +
(
n→∞lim sup
θ∈R
sup
<σ<∞Pn,θ,σ ai,n ˆθi−θi > σM = 0
% (M >1)
n→∞lim sup
θ∈R
sup
<σ<∞
Pn,θ,σ ai,n ˜θi−θi > σM = 0
$A
% (M >1* % n−k→ ∞
< ? - * * + $6< ?
* % Rk * ( * % ( 0
σ .2 ( * % %
< ? - σε σM * (ε M) * % () * ( * $7
$6 + $8) * %
* % 0< σ <∞ * ( * % 0< σ≤c) + c >0 (
$ 1 " 2
$ !
' 2 * . * - +
% % % ) + αi,n
* % ) + ( .
, αi,n
1 ) % . * * θ (
θi
" ( # HH,n,θ,σi :=HH,ηi ,n,θ,σ σ− αi,n(ˆθH,i−θi)
HH,n,θ,σi (x) = Φ n / x/(αi,nξi,n) α−i,nx+θi/σ > ξi,nηi,n
+Φ n / −θi/(σξi,n) +ηi,n 0≤α−i,nx+θi/σ≤ξi,nηi,n
+Φ n / −θi/(σξi,n)−ηi,n −ξi,nηi,n≤α−i,nx+θi/σ <0 , <8?
" , "
dHH,n,θ,σi (x) = Φ n / −θi/(σξi,n) +ηi,n −Φ n / −θi/(σξi,n)−ηi,n dδ−α θ /σ(x) + n / /(αi,nξi,n) φ n / x/(αi,nξi,n) α−i,nx+θi/σ > ξi,nηi,n dx <C?
δz z
" * # HS,n,θ,σi :=HS,ηi ,n,θ,σ σ− αi,n(ˆθS,i−θi)
HS,n,θ,σi (x) = Φ n / x/(αi,nξi,n) +n / ηi,n α−i,nx+θi/σ≥0
+Φ n / x/(αi,nξi,n)−n / ηi,n α−i,nx+θi/σ <0 , <=?
" , "
dHS,n,θ,σi (x) = Φ n / −θi/(σξi,n) +ηi,n −Φ n / −θi/(σξi,n)−ηi,n dδ−α θ /σ(x) + n / /(αi,nξi,n) φ n / x/(αi,nξi,n) +n / ηi,n α−i,nx+θi/σ >0 <$#?
+φ n / x/(αi,nξi,n)−n / ηi,n α−i,nx+θi/σ <0 dx.
" # HAS,n,θ,σi :=HAS,ηi ,n,θ,σ σ− αi,n(ˆθAS,i−θi)
HAS,n,θ,σi (x) = Φ zn,θ,σ(x, ηi,n) α−i,nx+θi/σ≥0 +Φ zn,θ,σ(x, ηi,n) α−i,nx+θi/σ <0 ,
<$$?
zn,θ,σ(x, y)≤zn,θ,σ(x, y)
0.5n / ξ−i,n(α−i,nx−θi/σ)±n / 0.5ξ−i,n(α−i,nx+θi/σ) +y .
" , "
dHAS,n,θ,σi (x) = Φ n / −θi/(σξi,n) +ηi,n −Φ n / −θi/(σξi,n)−ηi,n dδ−α θ /σ(x) +(0.5n / /(αi,nξi,n)) φ zn,θ,σ(x, ηi,n) (1 +tn,θ,σ(x, ηi,n)) α−i,nx+θi/σ >0 +φ zn,θ,σ(x, ηi,n) (1−tn,θ,σ(x, ηi,n)) α−i,nx+θi/σ <0 ,
tn,θ,σ(x, y) = 0.5ξ−i,n α−i,nx+θi/σ / (0.5ξ−i,n α−i,nx+θi/σ ) +y / .
. * ˆθH,i)ˆθS,i) ˆθAS,i (
* + * ) * * −αi,nθi/σ
( + ( ( 1
* * : <"##=?
<"##=?
- + X′X ) * θi θj
i =j * % ( +
. * % ˆθH) ˆθS) ˆθAS - * ) * %
. * : ˆθL * % : ˆθAS
< $ "?
$ ) !
. * ˜θH,i)˜θS,i) ˜θAS,i 2
* % **
" # HH,n,θ,σi :=HH,ηi ,n,θ,σ σ− αi,n(˜θH,i−θi)
HH,n,θ,σi (x) = Φ n / x/(αi,nξi,n)
∞
α−i,nx+θi/σ > ξi,nsηi,n ρn−k(s)ds <$"?
+
∞
Φ n / −θi/(σξi,n) +sηi,n 0≤α−i,nx+θi/σ≤ξi,nsηi,n ρn−k(s)ds +
∞
Φ n / −θi/(σξi,n)−sηi,n −ξi,nsηi,n≤α−i,nx+θi/σ <0 ρn−k(s)ds.
" , "
dHH,n,θ,σi (x) =
∞
Φ n / −θi/(σξi,n) +sηi,n <$>?
−Φ n / −θi/(σξi,n)−sηi,n ρn−k(s)dsdδ−α θ /σ(x) +n/ α−i,nξ−i,n
×φ n / x/(αi,nξi,n)
∞
α−i,nx+θi/σ > ξi,nsηi,n ρn−k(s)dsdx.
$6
" # # HS,n,θ,σi :=HS,ηi ,n,θ,σ σ− αi,n(˜θS,i−θi) HS,n,θ,σi (x) =
∞
Φ n / x/(αi,nξi,n) +n / sηi,n ρn−k(s)ds α−i,nx+θi/σ≥0 +
∞
Φ n / x/(αi,nξi,n)−n / sηi,n ρn−k(s)ds α−i,nx+θi/σ <0
= Tn−k,−n x/ α ξ n / ηi,n α−i,nx+θi/σ≥0
+Tn−k,−n x/ α ξ −n / ηi,n α−i,nx+θi/σ <0 . <$A?
" , "
dHS,n,θ,σi (x) =
∞
Φ n / −θi/(σξi,n) +sηi,n <$7?
−Φ n / −θi/(σξi,n)−sηi,n ρn−k(s)dsdδ−α θ /σ(x) +n / α−i,nξ−i,n
×
∞
φ n / x/(αi,nξi,n) +n / sηi,n ρn−k(s)ds α−i,nx+θi/σ >0 +
∞
φ n / x/(αi,nξi,n)−n / sηi,n ρn−k(s)ds α−i,nx+θi/σ <0 dx.
" $ # HAS,n,θ,σi :=HAS,ηi ,n,θ,σ σ− αi,n(˜θAS,i−θi)
HAS,n,θ,σi (x) =
∞
Φ zn,θ,σ(x, sηi,n) ρn−k(s)ds α−i,nx+θi/σ≥0 +
∞
Φ zn,θ,σ(x, sηi,n) ρn−k(s)ds α−i,nx+θi/σ <0 . <$6?
" , "
dHAS,n,θ,σi (x) =
∞
Φ n/ −θi/(σξi,n) +sηi,n <$8?
−Φ n / −θi/(σξi,n)−sηi,n ρn−k(s)dsdδ−α θ /σ(x) + (0.5n / /(αi,nξi,n))
×
∞
φ zn,θ,σ(x, sηi,n) (1 +tn,θ,σ(x, sηi,n))ρn−k(s)ds α−i,nx+θi/σ >0 +
∞
φ zn,θ,σ(x, sηi,n) (1−tn,θ,σ(x, sηi,n))ρn−k(s)ds α−i,nx+θi/σ <0 dx.
@ + % % 2 *
( * - ) % + *
(ρn−k (
( * <+ + % ( ( *
+ ) 1 $ : <"##=??
* % ) + % + * ( ρn−k
/ % % D * ; % (
+ % <1 " : <"##=? 1 $
<"##=??
% - + X′X ) . *
% ˜θH)˜θS) ˜θAS ˆθH)ˆθS) ˆθAS < ""?
( ˆσ=sσ + * ρn−k(s) - * ) * %
. * : ˜θL * % : ˜θAS
< $ "?
% 3 0 " 2
' 2 % ( * %
* < ( .2 * ? + + + ( *
( .2 * +
* < 6 A?
% !
' . %
" & $ i ≥ 1 i ≤k = k(n) n
ξi,nηi,n→0 n / ηi,n→ei 0≤ei≤ ∞
ei<∞ $ αi,n=n / /ξi,n $
θn = (θ ,n, . . . , θk ,n) ∈ Rk σn ∈ (0,∞) n / θi,n/(σnξi,n) → νi ∈ R #
HH,n,θi ,σ 1
Φ (x) (|x+νi|> ei) + Φ (−νi+ei) (0≤x+νi≤ei) + Φ (−νi−ei) (−ei≤x+νi<0),
{Φ (−νi+ei)−Φ (−νi−ei)}dδ−ν (x) +φ(x) (|x+νi|> ei)dx. <$C?
-# |νi|=∞ ei= 0/
ei = ∞ $ αi,n = ξi,nηi,n − $
θn = (θ ,n, . . . , θk ,n)∈Rk σn∈(0,∞) θi,n/(σnξi,nηi,n)→ζi∈R ' + |ζi|<1" HH,n,θi ,σ 1 δ−ζ
( + |ζi|>1" HH,n,θi ,σ 1 δ
) + |ζi|= 1 n/ ηi,n−ζiθi,n/(σnξi,n) →ri" ri ∈R" HH,n,θi ,σ
1
Φ(ri)δ−ζ + (1−Φ(ri))δ .
" ' $ i ≥ 1 i ≤k = k(n) n
ξi,nηi,n→0 n / ηi,n→ei 0≤ei≤ ∞
ei<∞ $ αi,n=n / /ξi,n $
θn = (θ ,n, . . . , θk ,n) ∈ Rk σn ∈ (0,∞) n / θi,n/(σnξi,n) → νi ∈ R #
HS,n,θi ,σ 1
Φ (x+ei) (x+νi≥0) + Φ (x−ei) (x+νi <0),
{Φ (−νi+ei)−Φ (−νi−ei)}dδ−ν (x)+{φ(x+ei) (x+νi>0) +φ(x−ei) (x+νi <0)}dx.
<$=?
$C
-# N(−sign(νi)ei,1) |νi|=∞ ei= 0/
ei = ∞ $ αi,n = ξi,nηi,n − $
θn = (θ ,n, . . . , θk ,n)∈ Rk σn ∈ (0,∞) θi,n/(σnξi,nηi,n)→ ζi ∈ R
# HS,n,θi ,σ 1 δ− ζ ,|ζ|
" ( $ i ≥ 1 i ≤k = k(n) n
ξi,nηi,n→0 n / ηi,n→ei 0≤ei≤ ∞
ei<∞ $ αi,n=n / /ξi,n $
θn = (θ ,n, . . . , θk ,n) ∈ Rk σn ∈ (0,∞) n / θi,n/(σnξi,n) → νi ∈ R #
HAS,n,θi ,σ 1
Φ 0.5(x−νi) + (0.5(x+νi)) +ei (x+νi≥0)
+Φ 0.5(x−νi)− (0.5(x+νi)) +ei (x+νi<0) <"#?
|νi|<∞"
{Φ (−νi+ei)−Φ (−νi−ei)}dδ−ν (x)
+0.5 φ 0.5(x−νi) + (0.5(x+νi)) +ei (1 +t(x)) (x+νi>0) +φ 0.5(x−νi)− (0.5(x+νi)) +ei (1−t(x)) (x+νi <0) dx,
t(x) = (x+νi)/ (x+νi) + 4ei + |νi| =∞" HAS,n,θi ,σ
1 Φ" " -+ ei = 0
/
ei = ∞ $ αi,n = ξi,nηi,n − $
θn = (θ ,n, . . . , θk ,n)∈Rk σn∈(0,∞) θi,n/(σnξi,nηi,n)→ζi∈R ' + |ζi|<1" HAS,n,θi ,σ 1 δ−ζ
( + 1≤ |ζi|<∞" HAS,n,θi ,σ 1 δ− /ζ
) + |ζi|=∞" HAS,n,θi ,σ 1 δ
0 % αi,n % * * 2 (
ai,n % % +
* 2 % - % %
% ( . * )
% * ( * + * . * %
( + ( - ) .2 * ( * + )
+ * θi,n ≡θi σn ≡σ % * * ) *
. * * * + % θi = 0 ) .2
* G * %
G + ( N(0,1)) , θi 1 + %
* ( + . * .2 * θi= 0+
% (N(−sign(θi)ei,1) - * ) % * * (
% . * .2 * +
- + % * ) (
+ * * < + ( , N?)
% 2 + * +
( ( * (
* H * H *
H % (H A - .2 * + +
% δ % ( % θi * %
@ . + % ;
+ n) * 2 %
' * 6 A /
+ .2 * δ− θ ) + δ (
θi = 0D O + + * (
* * %
% ) - ! - 2 )
!
' 2 + . * ˜θH,i)˜θS,i) ˜θAS,i
* ˆθH,i)ˆθS,i) ˆθAS,i) * % () ( <+ * * ?
% < * ? * %
n−k % . ( @* + )
+ ; ' >#
+ ( αi,n
* $ i≥1 i≤k=k(n) n
n / ηi,n(n−k)− / →0 n→ ∞ # sup
θ∈R , <σ<∞
HH,n,θ,σi −HH,n,θ,σ T Vi →0 n→ ∞, sup
θ∈R , <σ<∞
HS,n,θ,σi −HS,n,θ,σ T Vi →0 n→ ∞,
sup
θ∈R , <σ<∞
HAS,n,θ,σi −HAS,n,θ,σi ∞→0 n→ ∞
7
- % % ) n / ηi,n(n−k)− / → 0 + (
. n−k → ∞ E- ; % n−k → ∞ ei = 0F -
n−k → ∞ ( + n / ηi,n(n−k)− / → 0
+ % ) ) I n / ηi,n(n−k)− / → 0 ηi,n → 0
lim supn→∞k/n <1
A1 % % ζ ) + +
% * ( θ ( + % %
+
) + θ
7 * % * % %
) ( * ) * ( 2*
* ' *
"#
** ξi,nηi,n→0 n→ ∞ - n / ηi,n(n−k)− / %
, n→ ∞) $A + % >#
E % * + *
* % F + n / ηi,n(n−k)− / →0
% + < ξi,nηi,n→0 ?
% ) !
% ! / / 0
' 2 ˜θH,i)˜θS,i) ˜θAS,i % * +
% %
2 $ i ≥ 1
i ≤ k = k(n) n ξi,nηi,n → 0 n / ηi,n → ei
0 ≤ ei < ∞ $ αi,n = n / /ξi,n $
θn = (θ ,n, . . . , θk ,n)∈Rk σn ∈(0,∞) n / θi,n/(σnξi,n)→νi ∈R
+ n−k , m" " HH,n,θi ,σ 1
∞
{Φ (x) (|x+νi|> sei) + Φ (−νi+sei) (0≤x+νi≤sei) + Φ (−νi−sei) (−sei≤x+νi<0)}ρm(s)ds,
∞
{Φ (−νi+sei)−Φ (−νi−sei)}ρm(s)dsdδ−ν (x) +φ(x)
∞
(|x+νi|> sei)ρm(s)dsdx.
<"$?
-# |νi|=∞ ei = 0/
+ n−k → ∞ " HH,n,θi ,σ 1
% (3
# $ $ i≥1
i≤k=k(n) n ξi,nηi,n →0 n / ηi,n→ei 0≤ei<∞ $ αi,n =n / /ξi,n $ θn = (θ ,n, . . . , θk ,n)∈ Rk σn∈(0,∞) n / θi,n/(σnξi,n)→νi∈R
+ n−k , m" " HS,n,θi ,σ 1
∞
{Φ (x+sei) (x+νi≥0) + Φ (x−sei) (x+νi<0)}ρm(s)ds,
∞
{Φ (−νi+sei)−Φ (−νi−sei)}ρm(s)dsdδ−ν (x) +
∞
{φ(x+sei) (x+νi>0) +φ(x−sei) (x+νi<0)}ρm(s)dsdx. <""?