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Processus empiriques dans le cadre des sondages

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Academic year: 2022

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(1)

Processus empiriques dans le cadre des sondages

E. Chautru • P. Bertail • S. Clémençon

Télécom ParisTech, UMR CNRS 5141 LTCI, Groupe TSI Unité Met@risk, INRA ANSES Modal’X, Université Paris X Laboratoire de Statistique du CREST

7ecolloque francophone sur les sondages • 5 novembre 2012

(2)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Population

PN:={1, . . . , N}de tailleN

ècaractéristiques ? Variable d’intérêtX: PN −→ X

i 7−→ Xi

!

èévaluer X, etc.

Modèle de surpopulation

Hypothèse: Xv.a. à valeurs dans (X,k.k)Banach de tribu engendrée BX et X1, . . . , XN i.i.d.; P≡PX

Mesure empiriquePN :=N1 PN

i=1δXi èX=R

XxPN(dx), etc.

Problème

On n’a pas accès à toutPN (coût, accessibilité, etc.)

èéchantillon

(3)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Population

PN:={1, . . . , N}de tailleN ècaractéristiques ?

Variable d’intérêtX: PN −→ X i 7−→ Xi

!

èévaluer X, etc.

Modèle de surpopulation

Hypothèse: Xv.a. à valeurs dans (X,k.k)Banach de tribu engendrée BX et X1, . . . , XN i.i.d.; P≡PX

Mesure empiriquePN :=N1 PN

i=1δXi èX=R

XxPN(dx), etc.

Problème

On n’a pas accès à toutPN (coût, accessibilité, etc.)

èéchantillon

(4)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Population

PN:={1, . . . , N}de tailleN ècaractéristiques ? Variable d’intérêtX: PN −→ X

i 7−→ Xi

!

èévaluerX, etc.

Modèle de surpopulation

Hypothèse: Xv.a. à valeurs dans (X,k.k)Banach de tribu engendrée BX et X1, . . . , XN i.i.d.; P≡PX

Mesure empiriquePN :=N1 PN

i=1δXi èX=R

XxPN(dx), etc.

Problème

On n’a pas accès à toutPN (coût, accessibilité, etc.)

èéchantillon

(5)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Population

PN:={1, . . . , N}de tailleN ècaractéristiques ? Variable d’intérêtX: PN −→ X

i 7−→ Xi

!

èévaluerX, etc.

Modèle de surpopulation

Hypothèse: Xv.a. à valeurs dans (X,k.k)Banach de tribu engendrée BX et X1, . . . , XN i.i.d.; P≡PX

Mesure empiriquePN :=N1 PN

i=1δXi èX=R

XxPN(dx), etc.

Problème

On n’a pas accès à toutPN (coût, accessibilité, etc.)

èéchantillon

(6)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Population

PN:={1, . . . , N}de tailleN ècaractéristiques ? Variable d’intérêtX: PN −→ X

i 7−→ Xi

!

èévaluerX, etc.

Modèle de surpopulation

Hypothèse:Xv.a. à valeurs dans (X,k.k)Banach de tribu engendrée BX et X1, . . . , XN

i.i.d.

; P≡PX

Mesure empiriquePN :=N1 PN

i=1δXi èX=R

XxPN(dx), etc. Problème

On n’a pas accès à toutPN (coût, accessibilité, etc.)

èéchantillon

(7)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Population

PN:={1, . . . , N}de tailleN ècaractéristiques ? Variable d’intérêtX: PN −→ X

i 7−→ Xi

!

èévaluerX, etc.

Modèle de surpopulation

Hypothèse:Xv.a. à valeurs dans (X,k.k)Banach de tribu engendrée BX et X1, . . . , XN

i.i.d.

; P≡PX

Mesure empiriquePN :=N1 PN

i=1δXi èX=R

XxPN(dx), etc.

Problème

On n’a pas accès à toutPN (coût, accessibilité, etc.)

èéchantillon

(8)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Population

PN:={1, . . . , N}de tailleN ècaractéristiques ? Variable d’intérêtX: PN −→ X

i 7−→ Xi

!

èévaluerX, etc.

Modèle de surpopulation

Hypothèse:Xv.a. à valeurs dans (X,k.k)Banach de tribu engendrée BX et X1, . . . , XN

i.i.d.

; P≡PX

Mesure empiriquePN :=N1 PN

i=1δXi èX=R

XxPN(dx), etc.

èéchantillon

(9)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Population

PN:={1, . . . , N}de tailleN ècaractéristiques ? Variable d’intérêtX: PN −→ X

i 7−→ Xi

!

èévaluerX, etc.

Modèle de surpopulation

Hypothèse:Xv.a. à valeurs dans (X,k.k)Banach de tribu engendrée BX et X1, . . . , XN

i.i.d.

; P≡PX

Mesure empiriquePN :=N1 PN

i=1δXi èX=R

XxPN(dx), etc.

Problème

On n’a pas accès à tout PN (coût, accessibilité, etc.) èéchantillon

(10)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Echantillon

S(PN de taille n < N

ètiragealéatoire

Variables d’inclusion :i:=I{i∈ S} i∈ PN

Probabilités d’inclusion:πi:=P(i=1) =E(i) i∈ PN

Au second ordre :πi,j:=P(i=1, j=1) =E(ij) (i, j)∈ PN2

Comment tirer les unités ?

Plan de sondage:=loipsurS ≡(1, . . . , N) SASSR :nfixé etP(S =s) =I{#s=n}/CnN

BERN :naléatoire,π1=. . .=πN=π, etP(S=s) =πn(1−π)N−n

(11)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Echantillon

S(PN de taille n < Nètiragealéatoire

Variables d’inclusion :i:=I{i∈ S} i∈ PN

Probabilités d’inclusion:πi:=P(i=1) =E(i) i∈ PN

Au second ordre :πi,j:=P(i=1, j=1) =E(ij) (i, j)∈ PN2

Comment tirer les unités ?

Plan de sondage:=loipsurS ≡(1, . . . , N) SASSR :nfixé etP(S =s) =I{#s=n}/CnN

BERN :naléatoire,π1=. . .=πN=π, etP(S=s) =πn(1−π)N−n

(12)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Echantillon

S(PN de taille n < Nètiragealéatoire

Variables d’inclusion :i:=I{i∈ S} i∈ PN

Probabilités d’inclusion:πi:=P(i=1) =E(i) i∈ PN

Au second ordre :πi,j:=P(i=1, j=1) =E(ij) (i, j)∈ PN2

Comment tirer les unités ?

Plan de sondage:=loipsurS ≡(1, . . . , N) SASSR :nfixé etP(S =s) =I{#s=n}/CnN

BERN :naléatoire,π1=. . .=πN=π, etP(S=s) =πn(1−π)N−n

(13)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Echantillon

S(PN de taille n < Nètiragealéatoire

Variables d’inclusion :i:=I{i∈ S} i∈ PN

Probabilités d’inclusion:πi:=P(i=1) =E(i) i∈ PN

Au second ordre :πi,j:=P(i=1, j=1) =E(ij) (i, j)∈ PN2

Comment tirer les unités ?

Plan de sondage:=loipsurS ≡(1, . . . , N) SASSR :nfixé etP(S =s) =I{#s=n}/CnN

BERN :naléatoire,π1=. . .=πN=π, etP(S=s) =πn(1−π)N−n

(14)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Echantillon

S(PN de taille n < Nètiragealéatoire

Variables d’inclusion :i:=I{i∈ S} i∈ PN

Probabilités d’inclusion:πi:=P(i=1) =E(i) i∈ PN

Au second ordre :πi,j:=P(i=1, j=1) =E(ij) (i, j)∈ PN2

Comment tirer les unités ?

Plan de sondage:=loipsurS ≡(1, . . . , N) SASSR :nfixé etP(S =s) =I{#s=n}/CnN

BERN :naléatoire,π1=. . .=πN=π, etP(S=s) =πn(1−π)N−n

(15)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Echantillon

S(PN de taille n < Nètiragealéatoire

Variables d’inclusion :i:=I{i∈ S} i∈ PN

Probabilités d’inclusion:πi:=P(i=1) =E(i) i∈ PN

Au second ordre :πi,j:=P(i=1, j=1) =E(ij) (i, j)∈ PN2

Comment tirer les unités ?

Plan de sondage:=loipsurS ≡(1, . . . , N)

SASSR :nfixé etP(S =s) =I{#s=n}/CnN

BERN :naléatoire,π1=. . .=πN=π, etP(S=s) =πn(1−π)N−n

(16)

Introduction

Cadre Général – De la population à l’échantillon Echantillon

S(PN de taille n < Nètiragealéatoire

Variables d’inclusion :i:=I{i∈ S} i∈ PN

Probabilités d’inclusion:πi:=P(i=1) =E(i) i∈ PN

Au second ordre :πi,j:=P(i=1, j=1) =E(ij) (i, j)∈ PN2

Comment tirer les unités ?

Plan de sondage:=loipsurS ≡(1, . . . , N)

SASSR : fixé et I{# }

(17)

Introduction

Cadre Général – De l’échantillon à la population Estimation à partir de l’échantillon

Mesure empirique Horvitz-Thompson :PπN:= 1 N

XN

i=1

i

πi

δXi

Estimateur sans biais dePN

(X1, . . . , XN)

Consistence et normalité asymptotiques (N→+∞)ponctuelles (Hájek, 1964 - Berger, 1998 - Robinson, 1982)

Convergencesfonctionnellespour les plans stratifiés (Saegusa & Wellner, 2012)

Notre Objectif

Convergence fonctionnelle pour d’autres plans de sondage ?

(18)

Introduction

Cadre Général – De l’échantillon à la population Estimation à partir de l’échantillon

Mesure empirique Horvitz-Thompson :PπN:= 1 N

XN

i=1

i

πi

δXi

Estimateur sans biais dePN

(X1, . . . , XN)

Consistence et normalité asymptotiques (N→+∞)ponctuelles (Hájek, 1964 - Berger, 1998 - Robinson, 1982)

Convergencesfonctionnellespour les plans stratifiés (Saegusa & Wellner, 2012)

Notre Objectif

Convergence fonctionnelle pour d’autres plans de sondage ?

(19)

Introduction

Cadre Général – De l’échantillon à la population Estimation à partir de l’échantillon

Mesure empirique Horvitz-Thompson :PπN:= 1 N

XN

i=1

i

πi

δXi

Estimateur sans biais dePN

(X1, . . . , XN)

Consistence et normalité asymptotiques (N→+∞)ponctuelles (Hájek, 1964 - Berger, 1998 - Robinson, 1982)

Convergencesfonctionnellespour les plans stratifiés (Saegusa & Wellner, 2012)

Notre Objectif

Convergence fonctionnelle pour d’autres plans de sondage ?

(20)

Introduction

Cadre Général – De l’échantillon à la population Estimation à partir de l’échantillon

Mesure empirique Horvitz-Thompson :PπN:= 1 N

XN

i=1

i

πi

δXi

Estimateur sans biais dePN

(X1, . . . , XN)

Consistence et normalité asymptotiques (N→+∞)ponctuelles (Hájek, 1964 - Berger, 1998 - Robinson, 1982)

Convergencesfonctionnellespour les plans stratifiés (Saegusa & Wellner, 2012)

Notre Objectif

Convergence fonctionnelle pour d’autres plans de sondage ?

(21)

Introduction

Cadre Général – De l’échantillon à la population Estimation à partir de l’échantillon

Mesure empirique Horvitz-Thompson :PπN:= 1 N

XN

i=1

i

πi

δXi

Estimateur sans biais dePN

(X1, . . . , XN)

Consistence et normalité asymptotiques (N→+∞)ponctuelles (Hájek, 1964 - Berger, 1998 - Robinson, 1982)

Convergencesfonctionnellespour les plans stratifiés (Saegusa & Wellner, 2012)

Notre Objectif

Convergence fonctionnelle pour d’autres plans de sondage ?

(22)

Introduction

Plan de l’exposé

1 Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Convergence vers un processus gaussien Covariance du processus limite

2 Du plan Poissonnien au plan Réjectif Plan de sondage Réjectif

Distance au plan Poissonnien Résultat de convergence

(23)

Processus Empirique et plan Poissonnien

Plan de l’exposé

1 Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Convergence vers un processus gaussien Covariance du processus limite

2 Du plan Poissonnien au plan Réjectif Plan de sondage Réjectif

Distance au plan Poissonnien Résultat de convergence

(24)

Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Plan de sondage Poissonnien – Rappels

Définition

1⊥. . .⊥N i;B(pi) E(n) =PN i=1pi

TN(s) :=P(S=s) =Y

i∈s

pi

Y

i /∈s

(1−pi)

Avantages

Entièrement caractérisé par les probabilités d’inclusion du1er ordre Indépendance entre lesi ècadre simple

pipeut dépendre d’une v.a.auxiliaireW;PW observée sur toutPN : pi(w) =E i

Wi=w

≡p(Wi)

(25)

Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Plan de sondage Poissonnien – Rappels

Définition

1⊥. . .⊥N i;B(pi) E(n) =PN i=1pi

TN(s) :=P(S=s) =Y

i∈s

pi

Y

i /∈s

(1−pi)

Avantages

Entièrement caractérisé par les probabilités d’inclusion du1er ordre Indépendance entre lesi ècadre simple

pi peut dépendre d’une v.a.auxiliaireW;PW observée sur toutPN : pi(w) =E i

Wi=w

≡p(Wi)

(26)

Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Plan de sondage Poissonnien – Rappels

Définition

1⊥. . .⊥N i;B(pi) E(n) =PN i=1pi

TN(s) :=P(S=s) =Y

i∈s

pi

Y

i /∈s

(1−pi)

Avantages

Entièrement caractérisé par les probabilités d’inclusion du1er ordre Indépendance entre lesi ècadre simple

pi peut dépendre d’une v.a.auxiliaireW;PW observée sur toutPN :

(27)

Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Plan de sondage Poissonnien – Processus d’intérêt Processus d’intérêt

(GpTNf)f∈F

GpTNf:=√ N

Z

f(x) (PpN−PN) (dx) = 1

√N XN

i=1

i

pi −1

f(Xi)

Hypothèses fondamentales

H1 ∃λ > 0, N0∈N?:

∀N≥N0, ∀i∈ PN, pi> λ

H2 W nonproportionnelle àX H3 Faible échangeabilité de

(i, Wi)1≤i≤N

H4 F ⊂L2(P) :={h:X →R, hmesurable et EP h2(X)

<∞} H5 ∃RH:X →Rmesurable t.q.

H2(x)P(dx)<∞et

∀x∈ X, f∈ F,|f(x)|≤H(x)

Exemple : F={fy(x) :=I{x≤y},(x, y)∈ X2} è f.d.r. empirique

(28)

Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Plan de sondage Poissonnien – Processus d’intérêt Processus d’intérêt

(GpTNf)f∈F

GpTNf:=√ N

Z

f(x) (PpN−PN) (dx) = 1

√N XN

i=1

i

pi −1

f(Xi)

Hypothèses fondamentales

H1 ∃λ > 0, N0∈N?:

∀N≥N0, ∀i∈ PN, pi> λ

H2 W nonproportionnelle àX H3 Faible échangeabilité de

(i, Wi)1≤i≤N

H4 F ⊂L2(P) :={h:X →R, hmesurable et EP h2(X)

<∞} H5 ∃RH:X →Rmesurable t.q.

H2(x)P(dx)<∞et

∀x∈ X, f∈ F,|f(x)|≤H(x)

Exemple : F={fy(x) :=I{x≤y},(x, y)∈ X2} è f.d.r. empirique

(29)

Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Plan de sondage Poissonnien – Processus d’intérêt Processus d’intérêt

(GpTNf)f∈F

GpTNf:=√ N

Z

f(x) (PpN−PN) (dx) = 1

√N XN

i=1

i

pi −1

f(Xi)

Hypothèses fondamentales

H1 ∃λ > 0, N0∈N?:

∀N≥N0, ∀i∈ PN, pi> λ H2 W nonproportionnelle àX

H3 Faible échangeabilité de (i, Wi)1≤i≤N

H4 F ⊂L2(P) :={h:X →R, hmesurable et EP h2(X)

<∞} H5 ∃RH:X →Rmesurable t.q.

H2(x)P(dx)<∞et

∀x∈ X, f∈ F,|f(x)|≤H(x)

Exemple : F={fy(x) :=I{x≤y},(x, y)∈ X2} è f.d.r. empirique

(30)

Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Plan de sondage Poissonnien – Processus d’intérêt Processus d’intérêt

(GpTNf)f∈F

GpTNf:=√ N

Z

f(x) (PpN−PN) (dx) = 1

√N XN

i=1

i

pi −1

f(Xi)

Hypothèses fondamentales

H1 ∃λ > 0, N0∈N?:

∀N≥N0, ∀i∈ PN, pi> λ H2 W nonproportionnelle àX H3 Faible échangeabilité de

( , W )

H4 F ⊂L2(P) :={h:X →R, hmesurable et EP h2(X)

<∞} H5 ∃RH:X →Rmesurable t.q.

H2(x)P(dx)<∞et

∀x∈ X, f∈ F,|f(x)|≤H(x)

Exemple : F={fy(x) :=I{x≤y},(x, y)∈ X2} è f.d.r. empirique

(31)

Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Plan de sondage Poissonnien – Processus d’intérêt Processus d’intérêt

(GpTNf)f∈F

GpTNf:=√ N

Z

f(x) (PpN−PN) (dx) = 1

√N XN

i=1

i

pi −1

f(Xi)

Hypothèses fondamentales

H1 ∃λ > 0, N0∈N?:

∀N≥N0, ∀i∈ PN, pi> λ H2 W nonproportionnelle àX H3 Faible échangeabilité de

(i, Wi)1≤i≤N

H4 F ⊂L2(P) :={h:X →R, hmesurable etEP h2(X)

<∞}

H5 ∃RH:X →Rmesurable t.q. H2(x)P(dx)<∞et

∀x∈ X, f∈ F,|f(x)|≤H(x)

Exemple : F={fy(x) :=I{x≤y},(x, y)∈ X2} è f.d.r. empirique

(32)

Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Plan de sondage Poissonnien – Processus d’intérêt Processus d’intérêt

(GpTNf)f∈F

GpTNf:=√ N

Z

f(x) (PpN−PN) (dx) = 1

√N XN

i=1

i

pi −1

f(Xi)

Hypothèses fondamentales

H1 ∃λ > 0, N0∈N?:

∀N≥N0, ∀i∈ PN, pi> λ H2 W nonproportionnelle àX H3 Faible échangeabilité de

( , W )

H4 F ⊂L2(P) :={h:X →R, hmesurable etEP h2(X)

<∞}

H5 ∃RH:X →Rmesurable t.q.

H2(x)P(dx)<∞et

∀x∈ X, f∈ F,|f(x)|≤H(x)

Exemple : F={fy(x) :=I{x≤y},(x, y)∈ X2} è f.d.r. empirique

(33)

Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Plan de sondage Poissonnien – Processus d’intérêt Processus d’intérêt

(GpTNf)f∈F

GpTNf:=√ N

Z

f(x) (PpN−PN) (dx) = 1

√N XN

i=1

i

pi −1

f(Xi)

Hypothèses fondamentales

H1 ∃λ > 0, N0∈N?:

∀N≥N0, ∀i∈ PN, pi> λ H2 W nonproportionnelle àX H3 Faible échangeabilité de

(i, Wi)1≤i≤N

H4 F ⊂L2(P) :={h:X →R, hmesurable etEP h2(X)

<∞}

H5 ∃RH:X →Rmesurable t.q.

H2(x)P(dx)<∞et

∀x∈ X, f∈ F,|f(x)|≤H(x)

Exemple : F={f (x) :=I{x≤y},(x, y)∈ X2} è f.d.r. empirique

(34)

Processus Empirique et plan Poissonnien Convergence vers un processus gaussien

Convergence – Etude d’un processus recentré

Hájek (1964)

G~pTNf= 1

√ N

XN

i=1

(i−pi) f(Xi)

pi

−θN,p

, où

θN,p= 1 DN

XN

j=1

(1−pj)f(Xj) et DN= XN

j=1

pj(1−pj)

åàf∈ F fixée, normalité asymptotique

(X1, . . . , XN)

Remarque

nfixé (plan de sondage Réjectif) :PN

i=1(i−pi) =n−n=0 åon retrouve le processus initial

(35)

Processus Empirique et plan Poissonnien Convergence vers un processus gaussien

Convergence – Etude d’un processus recentré

Hájek (1964)

G~pTNf= 1

√ N

XN

i=1

(i−pi) f(Xi)

pi

−θN,p

, où

θN,p= 1 DN

XN

j=1

(1−pj)f(Xj) et DN= XN

j=1

pj(1−pj)

åàf∈ F fixée, normalité asymptotique

(X1, . . . , XN)

Remarque

nfixé (plan de sondage Réjectif) :PN

i=1(i−pi) =n−n=0 åon retrouve le processus initial

(36)

Processus Empirique et plan Poissonnien Convergence vers un processus gaussien

Convergence – Etude d’un processus recentré

Hájek (1964)

G~pTNf= 1

√ N

XN

i=1

(i−pi) f(Xi)

pi

−θN,p

, où

θN,p= 1 DN

XN

j=1

(1−pj)f(Xj) et DN= XN

j=1

pj(1−pj)

åàf∈ F fixée, normalité asymptotique

(X1, . . . , XN)

Remarque

P

(37)

Processus Empirique et plan Poissonnien Convergence vers un processus gaussien

Convergence – Résultat asymptotique

Van der Vaart & Wellner (1996)

On étudie la collection triangulaire des v.a. indépendantes

ZN,i(f) := 1

√N(i−pi)

f(Xi)

pi −θN,p(f)

, 1≤i≤N

f∈F

åVérifie les conditions duThéorème 2.11.1sur les “Triangular arrays” TLC Fonctionnel pour le plan de sondage Poissonnien Sous les hypothèses H1– H5et sous respect de conditions de type

Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme, G~pTN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

(38)

Processus Empirique et plan Poissonnien Convergence vers un processus gaussien

Convergence – Résultat asymptotique

Van der Vaart & Wellner (1996)

On étudie la collection triangulaire des v.a. indépendantes

ZN,i(f) := 1

√N(i−pi)

f(Xi)

pi −θN,p(f)

, 1≤i≤N

f∈F

åVérifie les conditions duThéorème 2.11.1sur les “Triangular arrays”

TLC Fonctionnel pour le plan de sondage Poissonnien Sous les hypothèses H1– H5et sous respect de conditions de type

Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme, G~pTN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

(39)

Processus Empirique et plan Poissonnien Convergence vers un processus gaussien

Convergence – Résultat asymptotique

Van der Vaart & Wellner (1996)

On étudie la collection triangulaire des v.a. indépendantes

ZN,i(f) := 1

√N(i−pi)

f(Xi)

pi −θN,p(f)

, 1≤i≤N

f∈F

åVérifie les conditions duThéorème 2.11.1sur les “Triangular arrays”

TLC Fonctionnel pour le plan de sondage Poissonnien Sous les hypothèses H1– H5 et sous respect de conditions de type

Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme, G~pTN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

(40)

Processus Empirique et plan Poissonnien Covariance du processus limite

Covariance du processus limite Covariance de ( G ~

pTN

)

f∈F

X

1

, . . . , X

N

CN,p(f, g) = 1 N

XN

i=1

f(Xi)g(Xi) (1/pi−1) −θN,p(f)θN,p(g)DN N

Covariance limite Sous les hypothèsesH1–H5 et si0 <R

p2(w)PW(w)<∞, alors∀(f, g)∈ F2,CN,p(f, g) −→

N→∞Σ(f, g) Σ(f, g) :=

Z

f(x)g(x) (1/p(w) −1)PX,W(dx, dw) −θp(f)θp(g)Dp

θp(f) := Z

(1−p(w))f(x)PX,W(dx, dw) Dp:=

Z

p(w)(1−p(w))PW(dw)

(41)

Processus Empirique et plan Poissonnien Covariance du processus limite

Covariance du processus limite Covariance de ( G ~

pTN

)

f∈F

X

1

, . . . , X

N

CN,p(f, g) = 1 N

XN

i=1

f(Xi)g(Xi) (1/pi−1) −θN,p(f)θN,p(g)DN N

Covariance limite Sous les hypothèsesH1–H5et si0 <R

p2(w)PW(w)<∞, alors∀(f, g)∈ F2,CN,p(f, g) −→

N→∞Σ(f, g) Σ(f, g) :=

Z

f(x)g(x) (1/p(w) −1)PX,W(dx, dw) −θp(f)θp(g)Dp

θp(f) :=

Z

(1−p(w))f(x)PX,W(dx, dw) Dp:=

Z

p(w)(1−p(w))PW(dw)

(42)

Processus Empirique et plan Poissonnien Covariance du processus limite

Covariance du processus limite Covariance de ( G ~

pTN

)

f∈F

X

1

, . . . , X

N

CN,p(f, g) = 1 N

XN

i=1

f(Xi)g(Xi) (1/pi−1)−θN,p(f)θN,p(g)DN N

Covariance limite Sous les hypothèsesH1–H5et si0 <R

p2(w)PW(w)<∞, alors∀(f, g)∈ F2,CN,p(f, g) −→

N→∞Σ(f, g) Σ(f, g) :=

Z

f(x)g(x) (1/p(w) −1)PX,W(dx, dw)−θp(f)θp(g)Dp

θp(f) :=

Z

(1−p(w))f(x)PX,W(dx, dw) Z

(43)

Processus Empirique et plan Poissonnien Covariance du processus limite

Covariance du processus limite Covariance de ( G ~

pTN

)

f∈F

X

1

, . . . , X

N

CN,p(f, g) = 1 N

XN

i=1

f(Xi)g(Xi) (1/pi−1) −θN,p(f)θN,p(g)DN N

Covariance limite Sous les hypothèsesH1–H5et si0 <R

p2(w)PW(w)<∞, alors∀(f, g)∈ F2,CN,p(f, g) −→

N→∞Σ(f, g) Σ(f, g) :=

Z

f(x)g(x) (1/p(w) −1)PX,W(dx, dw) −θp(f)θp(g)Dp

θp(f) :=

Z

(1−p(w))f(x)PX,W(dx, dw) Dp:=

Z

p(w)(1−p(w))PW(dw)

(44)

Processus Empirique et plan Poissonnien Covariance du processus limite

Covariance du processus limite Covariance de ( G ~

pTN

)

f∈F

X

1

, . . . , X

N

CN,p(f, g) = 1 N

XN

i=1

f(Xi)g(Xi) (1/pi−1) −θN,p(f)θN,p(g)DN N

Covariance limite Sous les hypothèsesH1–H5et si0 <R

p2(w)PW(w)<∞, alors∀(f, g)∈ F2,CN,p(f, g) −→

N→∞Σ(f, g) Σ(f, g) :=

Z

f(x)g(x) (1/p(w) −1)PX,W(dx, dw) −θp(f)θp(g)Dp

θp(f) :=

Z

(1−p(w))f(x)PX,W(dx, dw) Z

(45)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif

Plan de l’exposé

1 Processus Empirique et plan Poissonnien Plan de sondage Poissonnien

Convergence vers un processus gaussien Covariance du processus limite

2 Du plan Poissonnien au plan Réjectif Plan de sondage Réjectif

Distance au plan Poissonnien Résultat de convergence

(46)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Plan de sondage Réjectif

Plan de sondage Réjectif

Définition

nfixé probabilités d’inclusionπR1, . . . , πRN

RN:= argmax

p:(π1,...,πN)=(πR1,...,πRN)

− X

{s:#s=n}

p(s)logp(s)

åplan d’entropie maximale, ouPoissonnien conditionnel

Lien avec le plan Poissonnien : construction

TirerS un selon un plan Poissonnien de probabilités d’inclusions p1, . . . , pN bien choisies, avecPN

i=1pi=n

Si#S=nconserverS, sinon recommencer le tirage åliens entre(p1, . . . , pN)et(πR1, . . . , πRN)(Hájek, 1964)

(47)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Plan de sondage Réjectif

Plan de sondage Réjectif

Définition

nfixé probabilités d’inclusionπR1, . . . , πRN

RN:= argmax

p:(π1,...,πN)=(πR1,...,πRN)

− X

{s:#s=n}

p(s)logp(s)

åplan d’entropie maximale

, ouPoissonnien conditionnel

Lien avec le plan Poissonnien : construction

TirerS un selon un plan Poissonnien de probabilités d’inclusions p1, . . . , pN bien choisies, avecPN

i=1pi=n

Si#S=nconserverS, sinon recommencer le tirage åliens entre(p1, . . . , pN)et(πR1, . . . , πRN)(Hájek, 1964)

(48)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Plan de sondage Réjectif

Plan de sondage Réjectif

Définition

nfixé probabilités d’inclusionπR1, . . . , πRN

RN:= argmax

p:(π1,...,πN)=(πR1,...,πRN)

− X

{s:#s=n}

p(s)logp(s)

åplan d’entropie maximale, ouPoissonnien conditionnel

Lien avec le plan Poissonnien : construction

TirerS un selon un plan Poissonnien de probabilités d’inclusions p1, . . . , pN bien choisies, avecPN

i=1pi=n

Si#S=nconserverS, sinon recommencer le tirage åliens entre(p1, . . . , pN)et(πR1, . . . , πRN)(Hájek, 1964)

(49)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Plan de sondage Réjectif

Plan de sondage Réjectif

Définition

nfixé probabilités d’inclusionπR1, . . . , πRN

RN:= argmax

p:(π1,...,πN)=(πR1,...,πRN)

− X

{s:#s=n}

p(s)logp(s)

åplan d’entropie maximale, ouPoissonnien conditionnel

Lien avec le plan Poissonnien : construction

TirerS un selon un plan Poissonnien de probabilités d’inclusions p1, . . . , pN bien choisies, avecPN

i=1pi=n

Si#S=nconserverS, sinon recommencer le tirage

åliens entre(p1, . . . , pN)et(πR1, . . . , πRN)(Hájek, 1964)

(50)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Plan de sondage Réjectif

Plan de sondage Réjectif

Définition

nfixé probabilités d’inclusionπR1, . . . , πRN

RN:= argmax

p:(π1,...,πN)=(πR1,...,πRN)

− X

{s:#s=n}

p(s)logp(s)

åplan d’entropie maximale, ouPoissonnien conditionnel

Lien avec le plan Poissonnien : construction

TirerS un selon un plan Poissonnien de probabilités d’inclusions p1, . . . , pN bien choisies, avecPN

i=1pi=n

(51)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Distance au plan Poissonnien

Distance au plan Poissonnien

Quelques distances

Variation totale :dVT(TN, RN) :=P

s⊂PN

RN(s) −TN(s) Entropie :dE(TN, RN) :=P

s⊂PNTN(s)logRTNN(s)(s) Bounded Lipschitz :dBL(fX, fY) := sup

b∈BL1(l(F))

E(b(fX)) −E(b(fY))

Résultats fondamentaux

dBL(G~pTN,G~pRN)≤dVT(TN, RN)≤dE(TN, RN)

Si(TN)N≥1 et(RN)N≥1vérifient dVT(TN, RN) −→

N→∞0oudE(TN, RN) −→

N→∞0 et si∃Gprocessus Gaussien t.q.dBL(G~pTN,G) −→

N→∞0, alors dBL(G~pRN,G)≤dVT(TN, RN)≤dE(TN, RN)

(52)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Distance au plan Poissonnien

Distance au plan Poissonnien

Quelques distances

Variation totale :dVT(TN, RN) :=P

s⊂PN

RN(s) −TN(s) Entropie :dE(TN, RN) :=P

s⊂PNTN(s)logRTNN(s)(s) Bounded Lipschitz :dBL(fX, fY) := sup

b∈BL1(l(F))

E(b(fX)) −E(b(fY))

Résultats fondamentaux

dBL(G~pTN,G~pRN)≤dVT(TN, RN)≤dE(TN, RN)

Si(TN)N≥1 et(RN)N≥1vérifient dVT(TN, RN) −→

N→∞0oudE(TN, RN) −→

N→∞0 et si∃Gprocessus Gaussien t.q.dBL(G~pTN,G) −→

N→∞0, alors dBL(G~pRN,G)≤dVT(TN, RN)≤dE(TN, RN)

(53)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Distance au plan Poissonnien

Distance au plan Poissonnien

Quelques distances

Variation totale :dVT(TN, RN) :=P

s⊂PN

RN(s) −TN(s) Entropie :dE(TN, RN) :=P

s⊂PNTN(s)logRTNN(s)(s) Bounded Lipschitz :dBL(fX, fY) := sup

b∈BL1(l(F))

E(b(fX)) −E(b(fY))

Résultats fondamentaux

dBL(G~pTN,G~pRN)≤dVT(TN, RN)≤dE(TN, RN)

Si(TN)N≥1 et(RN)N≥1vérifient dVT(TN, RN) −→

N→∞0oudE(TN, RN) −→

N→∞0 et si∃Gprocessus Gaussien t.q.dBL(G~pTN,G) −→

N→∞0, alors dBL(G~pRN,G)≤dVT(TN, RN)≤dE(TN, RN)

(54)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Résultat de convergence

Convergence – Résultats asymptotiques

Processus empirique du plan Réjectif sous (p

1

, . . . , p

N

)

Hájek (1964)èdE(TN, RN) −→

N→∞0

TLC Fonctionnel pour le plan PoissonnienèdBL(G~pTN,G) −→

N→∞0 AnfixéG~pTNf=GpRNf

Sous les hypothèses H1– H5et sous respect de conditions de type Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme,

GpRN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

åReste vrai pour les plans de sondage comme Rao-Sampford (Berger, 1998)

(55)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Résultat de convergence

Convergence – Résultats asymptotiques

Processus empirique du plan Réjectif sous (p

1

, . . . , p

N

)

Hájek (1964)èdE(TN, RN) −→

N→∞0

TLC Fonctionnel pour le plan PoissonnienèdBL(G~pTN,G) −→

N→∞0

AnfixéG~pTNf=GpRNf

Sous les hypothèses H1– H5et sous respect de conditions de type Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme,

GpRN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

åReste vrai pour les plans de sondage comme Rao-Sampford (Berger, 1998)

(56)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Résultat de convergence

Convergence – Résultats asymptotiques

Processus empirique du plan Réjectif sous (p

1

, . . . , p

N

)

Hájek (1964)èdE(TN, RN) −→

N→∞0

TLC Fonctionnel pour le plan PoissonnienèdBL(G~pTN,G) −→

N→∞0 AnfixéG~pTNf=GpRNf

Sous les hypothèses H1– H5et sous respect de conditions de type Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme,

GpRN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

åReste vrai pour les plans de sondage comme Rao-Sampford (Berger, 1998)

(57)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Résultat de convergence

Convergence – Résultats asymptotiques

Processus empirique du plan Réjectif sous (p

1

, . . . , p

N

)

Hájek (1964)èdE(TN, RN) −→

N→∞0

TLC Fonctionnel pour le plan PoissonnienèdBL(G~pTN,G) −→

N→∞0 AnfixéG~pTNf=GpRNf

Sous les hypothèses H1– H5 et sous respect de conditions de type Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme,

GpRN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

åReste vrai pour les plans de sondage comme Rao-Sampford (Berger, 1998)

(58)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Résultat de convergence

Convergence – Résultats asymptotiques

Processus empirique du plan Réjectif sous (p

1

, . . . , p

N

)

Hájek (1964)èdE(TN, RN) −→

N→∞0

TLC Fonctionnel pour le plan PoissonnienèdBL(G~pTN,G) −→

N→∞0 AnfixéG~pTNf=GpRNf

Sous les hypothèses H1– H5 et sous respect de conditions de type Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme,

GpRN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

(59)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Résultat de convergence

Convergence – Résultats asymptotiques

Processus empirique du plan Réjectif sous (π

R1

, . . . , π

RN

)

Hájek (1964), Théorème 5.1è(pi)1≤i≤N “proches” des (πRi)1≤i≤N

HypothèseH1è(pi)1≤i≤N et(πRi)1≤i≤N jamais trop petits Version fonctionnelle du Théorème de Slutsky & résultat précédent Sous les hypothèses H1– H5et sous respect de conditions de type

Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme, Gπ

R

RN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

åReste vrai pour les plans de sondage comme Rao-Sampford (Berger, 1998)

(60)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Résultat de convergence

Convergence – Résultats asymptotiques

Processus empirique du plan Réjectif sous (π

R1

, . . . , π

RN

)

Hájek (1964), Théorème 5.1è(pi)1≤i≤N “proches” des (πRi)1≤i≤N HypothèseH1è(pi)1≤i≤N et(πRi)1≤i≤N jamais trop petits

Version fonctionnelle du Théorème de Slutsky & résultat précédent Sous les hypothèses H1– H5et sous respect de conditions de type

Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme, Gπ

R

RN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

åReste vrai pour les plans de sondage comme Rao-Sampford (Berger, 1998)

(61)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Résultat de convergence

Convergence – Résultats asymptotiques

Processus empirique du plan Réjectif sous (π

R1

, . . . , π

RN

)

Hájek (1964), Théorème 5.1è(pi)1≤i≤N “proches” des (πRi)1≤i≤N HypothèseH1è(pi)1≤i≤N et(πRi)1≤i≤N jamais trop petits Version fonctionnelle du Théorème de Slutsky & résultat précédent

Sous les hypothèses H1– H5et sous respect de conditions de type Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme,

Gπ

R

RN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

åReste vrai pour les plans de sondage comme Rao-Sampford (Berger, 1998)

(62)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Résultat de convergence

Convergence – Résultats asymptotiques

Processus empirique du plan Réjectif sous (π

R1

, . . . , π

RN

)

Hájek (1964), Théorème 5.1è(pi)1≤i≤N “proches” des (πRi)1≤i≤N HypothèseH1è(pi)1≤i≤N et(πRi)1≤i≤N jamais trop petits Version fonctionnelle du Théorème de Slutsky & résultat précédent Sous les hypothèses H1– H5 et sous respect de conditions de type

Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme, Gπ

R

RN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

åReste vrai pour les plans de sondage comme Rao-Sampford (Berger, 1998)

(63)

Du plan Poissonnien au plan Réjectif Résultat de convergence

Convergence – Résultats asymptotiques

Processus empirique du plan Réjectif sous (π

R1

, . . . , π

RN

)

Hájek (1964), Théorème 5.1è(pi)1≤i≤N “proches” des (πRi)1≤i≤N HypothèseH1è(pi)1≤i≤N et(πRi)1≤i≤N jamais trop petits Version fonctionnelle du Théorème de Slutsky & résultat précédent Sous les hypothèses H1– H5 et sous respect de conditions de type

Lindeberg-Feller et d’entropie uniforme, Gπ

R

RN

N→∞G faiblement dansl(F) Gprocessus Gaussien de covarianceΣ

åReste vrai pour les plans de sondage comme Rao-Sampford (Berger, 1998)

(64)

Conclusion

En bref...

Résultats principaux

Convergence asymptotique des processus empiriques vers un processus Gaussien pour les plans Poissonnien, Réjectif et assimilés

Convergenceasymptotiqueèil faut degrandespopulations

Intervalles de confiance pour la f.d.r. empiriquepas “distribution free”

Richesse de l’approche

Résultats pour le plan Poissonnien “faciles” à démontrer

Extension naturelle à tous les plans “proches” du plan Poissonnien

Convergence asymptotique de l’estimateur deHillrepondéré

(65)

Conclusion

En bref...

Résultats principaux

Convergence asymptotique des processus empiriques vers un processus Gaussien pour les plans Poissonnien, Réjectif et assimilés

Convergenceasymptotiqueèil faut degrandespopulations

Intervalles de confiance pour la f.d.r. empiriquepas “distribution free”

Richesse de l’approche

Résultats pour le plan Poissonnien “faciles” à démontrer

Extension naturelle à tous les plans “proches” du plan Poissonnien

Convergence asymptotique de l’estimateur deHillrepondéré

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