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Distributional results for thresholding estimators in high-dimensional Gaussian regression models

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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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=



0 ˆθLS,i ≤σξi,nηi,n ˆθLS,i−σ ξi,nηi,n/ˆθLS,i ˆθLS,i > σξi,nηi,n .

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n→∞lim Pn,θ ˜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 ˜θi = 0 =

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n→∞lim Pn,θ ˜θi= 0 = Φ(ri) ri,n:=n / ηi,n−ζiθi,n/(σnξi,n) →ri ri∈R

(13)

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n→∞lim Pn,θ ˜θi= 0 =

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i≤k=k(n) n

(15)

˜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 /i,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 /i,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 /i,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

(16)

% (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) αi,nx+θi/σ > ξi,nηi,n

+Φ n / −θi/(σξi,n) +ηi,n 0≤αi,nx+θi/σ≤ξi,nηi,n

+Φ n / −θi/(σξi,n)−ηi,n −ξi,nηi,n≤αi,nx+θi/σ <0 , <8?

" , "

dHH,n,θ,σi (x) = Φ n / −θi/(σξi,n) +ηi,n −Φ n / −θi/(σξi,n)−ηi,n−α θ /σ(x) + n / /(αi,nξi,n) φ n / x/(αi,nξi,n) αi,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 αi,nx+θi/σ≥0

+Φ n / x/(αi,nξi,n)−n / ηi,n αi,nx+θi/σ <0 , <=?

" , "

dHS,n,θ,σi (x) = Φ n / −θi/(σξi,n) +ηi,n −Φ n / −θi/(σξi,n)−ηi,n−α θ /σ(x) + n / /(αi,nξi,n) φ n / x/(αi,nξi,n) +n / ηi,n αi,nx+θi/σ >0 <$#?

+φ n / x/(αi,nξi,n)−n / ηi,n αi,nx+θi/σ <0 dx.

(17)

" # 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) αi,nx+θi/σ≥0 +Φ zn,θ,σ(x, ηi,n) αi,nx+θi/σ <0 ,

<$$?

zn,θ,σ(x, y)≤zn,θ,σ(x, y)

0.5n / ξi,ni,nx−θi/σ)±n / 0.5ξi,ni,nx+θi/σ) +y .

" , "

dHAS,n,θ,σi (x) = Φ n / −θi/(σξi,n) +ηi,n −Φ n / −θi/(σξi,n)−ηi,n−α θ /σ(x) +(0.5n / /(αi,nξi,n)) φ zn,θ,σ(x, ηi,n) (1 +tn,θ,σ(x, ηi,n)) αi,nx+θi/σ >0 +φ zn,θ,σ(x, ηi,n) (1−tn,θ,σ(x, ηi,n)) αi,nx+θi/σ <0 ,

tn,θ,σ(x, y) = 0.5ξi,n αi,nx+θi/σ / (0.5ξi,n αi,nx+θi/σ ) +y / .

. * ˆθH,i)ˆθS,i) ˆθAS,i (

* + * ) * * −αi,nθi

( + ( ( 1

* * : <"##=?

<"##=?

- + XX ) * 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)

αi,nx+θi/σ > ξi,ni,n ρn−k(s)ds <$"?

+

Φ n / −θi/(σξi,n) +sηi,n 0≤αi,nx+θi/σ≤ξi,ni,n ρn−k(s)ds +

Φ n / −θi/(σξi,n)−sηi,n −ξi,ni,n≤αi,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/ αi,nξi,n

×φ n / x/(αi,nξi,n)

αi,nx+θi/σ > ξi,ni,n ρn−k(s)dsdx.

$6

(18)

" # # 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 /i,n ρn−k(s)ds αi,nx+θi/σ≥0 +

Φ n / x/(αi,nξi,n)−n /i,n ρn−k(s)ds αi,nx+θi/σ <0

= Tn−k,−n x/ α ξ n / ηi,n αi,nx+θi/σ≥0

+Tn−k,−n x/ α ξ −n / ηi,n αi,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 / αi,nξi,n

×

φ n / x/(αi,nξi,n) +n /i,n ρn−k(s)ds αi,nx+θi/σ >0 +

φ n / x/(αi,nξi,n)−n /i,n ρn−k(s)ds αi,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 αi,nx+θi/σ≥0 +

Φ zn,θ,σ(x, sηi,n) ρn−k(s)ds αi,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 αi,nx+θi/σ >0 +

φ zn,θ,σ(x, sηi,n) (1−tn,θ,σ(x, sηi,n))ρn−k(s)ds αi,nx+θi/σ <0 dx.

@ + % % 2 *

( * - ) % + *

n−k (

( * <+ + % ( ( *

+ ) 1 $ : <"##=??

* % ) + % + * ( ρn−k

/ % % D * ; % (

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<"##=??

(19)

% - + XX ) . *

% ˜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 /i,n $

θn = (θ ,n, . . . , θk ,n) ∈ Rk σn ∈ (0,∞) n / θi,n/(σnξi,n) → νi ∈ R #

HH,n,θi 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 1 δ−ζ

( + |ζi|>1" HH,n,θi 1 δ

) + |ζi|= 1 n/ ηi,n−ζiθi,n/(σnξi,n) →ri" ri ∈R" HH,n,θi

1

Φ(ri−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 /i,n $

θn = (θ ,n, . . . , θk ,n) ∈ Rk σn ∈ (0,∞) n / θi,n/(σnξi,n) → νi ∈ R #

HS,n,θi 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

(20)

-# 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 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 /i,n $

θn = (θ ,n, . . . , θk ,n) ∈ Rk σn ∈ (0,∞) n / θi,n/(σnξi,n) → νi ∈ R #

HAS,n,θi 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) <"#?

i|<∞"

{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

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 1 δ−ζ

( + 1≤ |ζi|<∞" HAS,n,θi 1 δ

) + |ζi|=∞" HAS,n,θi 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 * +

(21)

- + % * ) (

+ * * < + ( , 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*

* ' *

"#

(22)

** 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 /i,n $

θn = (θ ,n, . . . , θk ,n)∈Rk σn ∈(0,∞) n / θi,n/(σnξi,n)→νi ∈R

+ n−k , m" " HH,n,θi 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|> seim(s)dsdx.

<"$?

-# |νi|=∞ ei = 0/

+ n−k → ∞ " HH,n,θi 1

% (3

# $ $ i≥1

i≤k=k(n) n ξi,nηi,n →0 n / ηi,n→ei 0≤ei<∞ $ αi,n =n /i,n $ θn = (θ ,n, . . . , θk ,n)∈ Rk σn∈(0,∞) n / θi,n/(σnξi,n)→νi∈R

+ n−k , m" " HS,n,θi 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. <""?

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