An empirical evidence of inconsistency of the ℓ1 trend filtering in change point detection
1. 서론 2. 벌점회귀모형을 이용한 변화점 식별 3. 변화점 식별에 있어서의 비일치성 4. 모의실험 5. 결론 및 토의 Reference
구간별 상수 구조를 가지는 관측값으로부터 변화점을 식별하기 위해 FLSA가 자주 사용되고 있다. FLSA는 총변동벌점을 이용하기 때문에 평균 수준이 단조성을 가지는 경우에는 변화점 식별에서의 일치성이 보장되지 않는다는 특징이 있다. ℓ1 추세필터는 오차제곱합과 기울기 차이에 대한 ℓ1 벌점의 합을 목적함수로 가지는 구간별 선형 구조 추정방법으로 구간별 선형 구조에서의 변화점을 식별하기 위해 활용할 수 있다. 한편 ℓ1 추세필터의 경우에도 총변동벌점을 이용하므로 FLSA와 마찬가지로 변화점 식별에 있어서 비일치성을 보일 것으로 예상할 수 있는데 이와 관련된 연구는 아직까지 많이 이루어져 있지 않다. 이 연구에서는 모의실험을 통해 구간별 선형 모형에서 변화점을 식별하기 위해 사용되는 ℓ1 추세필터의 비일치성에 대해 살펴본다. 또 구간별 선형 구조를 가지는 데이터에서 변화점을 정확하게 식별하기 위해서는 관측값에 ℓ1추세필터를 적용하는 것보다 관측값을 차분하여 FLSA를 적용하는 것이 바람직한 경우들이 있음을 확인해본다.
The fused LASSO signal approximator (FLSA) can be applied to find change points from the data having piecewise constant mean structure. It is well-known that the FLSA is inconsistent in change points detection. This inconsistency is due to a total-variation denoising penalty of the FLSA. ℓ1 trend filter, one of the popular tools for finding an underlying trend from data, can be used to identify change points of piecewise linear trends. Since the ℓ1 trend filter applies the sum of absolute values of slope di_erences, it can be inconsistent for change points recovery as the FLSA. However, there are few studies on the inconsistency of the ℓ1 trend filtering. In this paper, we demonstrate the inconsistency of the ℓ1 trend filtering with a numerical study.
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