Modèles autorégressifs : du coefficient de réflexion à la géométrie Riemannienne de l'information

Modèles autorégressifs : du coefficient de réflexion à la géométrie Riemannienne de l'information

Autoregressive models : from reflection coefficient to Riemannian information geometry

Frédéric Barbaresco

THOMSON-CSF AIRSYS RD/RDT A Unité de Développement Radar, Direction Technique Opérationnelle, Service Algorithmes & Etudes Fonctionnelles, 7/9 rue des Mathurins, 92221 Bagneux Cedex

Corresponding Author Email: 
Frederic.F.B.Barbaresco©airsys.thomson-csf.com
Page: 
553-561
|
Received: 
2 April 1998
| |
Accepted: 
N/A
| | Citation

OPEN ACCESS

Abstract: 

We describe close connections between AR & eigen-subspaces analysis . We underline relations between two kinds of algorithms which exploit these connections and which have same both advantages to be order-based recursive and, at each order, to compute results in parallel, thanks to eigenvalues interlacing principle. Finally, we apply Riemannian Information geometry concepts, developed by Chentsov, for AR applications, to obtain recursive computation of new parametric distances, invariant by parameters changes : Siegel metric, Jensen's minimal geodesic, and a recursive formula for Kullback divergence.

Résumé

Nous mettons en évidence les liens étroits qui unissent l'analyse AR et l'analyse en sous-espaces. Nous mettons en relation, deux types d'algorithmes qui utilisent ces liens et possèdent les avantages communs d'être récursifs en ordre, et â chaque ordre d'être parallèlisables suivant le principe d'entrelacement des valeurs propres . Finalement, nous appliquons les concepts de géométrie Riemannienne de l'information, développés par Chentsov, dans le cas AR pour établir le calcul récursif de différentes distances paramétriques, possédant la propriété d'être invariantes par changement de paramétrisation : la métrique de Siegel, la géodésique minimale de Jensen ainsi qu'une expression récursive de la divergence de Kullback.

Keywords: 

AR models, reflection coefficient, eigen-subspaces analysis, Chentsov geometry, Siegel metric, minimal geodesic, Kullback divergence, Finsler geometry

Mots clés

Modèles AR, coefficient de réflexion, analyse en sous-espaces propres, géométrie de Chentsov, métrique de Siegel, géodésique minimale, divergence de Kullback, géométrie de Finsler

1 . Préambule
2. Analyse Autorégressive Et Analyse En Sous-Espaces
3. Analyse Autorégressive Et Géométrie De Chentsov
4. Conclusion
  References

[Atk8l] C . Atkinson & A .F. Mitchell, « Rao's Distance Measure», Sankya, A43 , pp .345-365, 1981 .

[Barb97a] F. Barbaresco, «Recursive Eigendecomposition via AR Analysis & Ago-antagonistic Regularization», Proc. ICASSP-97, vol . V, pp. 3969-3972, April 1997 .

[Barb97b] F. Barbaresco, «Unitary Hessenberg Approach In Spectral Analysis & Comparison with Root-Music Regularization», Rapport interne THOMSON - CSF, Décembre 1997 .

[Barb98] F. Barbaresco . «Half-quadratic Regularization of Time-Frequency AR Analysis for Recovery of Abrupt Spectral Discontinuities & their Detection by a Recursive Siegel Metric», Proc . EUSIPCO-98, pp . 621, Sept. 1998 .

[Barb99] F. barbaresco, «Extrinsic & Intrinsic Entropie Priors for Time-Frequency AR Analysis : Half-Quadratic Temporal Regularization & Recursive Siegel Metric Based on Information Riemannian Geometry», Coll. PSIP'99, ENS; Paris, Janvier 1999 .

[Bass97] M . Basseville, «Information : Entropies, Divergences et Moyennes» , IRISA Report n°1020, 1997 .

[Bt1hl95] P. Biihlmann, «Sieve Bootstrap for Time Series», Tech . Report, n°431 , Dept. of Stat ., Univ. of California, Berkeley, 1995 .

[Bun95] Bunse-Gerstner &He,«On a Sturm Sequence of Polynomials for Unitary Hessenberg Matrices», SIAM Matrix Analysis, vol. 16, n°4, pp . 1043-1055 , October 1995 .

[Burb82] J. Burbea & C.R. Rao, «Entropy Differential Metric, Distance and Divergence Measures in Probability Spaces: A unified Approach», Journal of Multivariate Analysis, vol.12, pp.575-596, 1982.

[Ca190] M. Calvo & J. Oiler, «A Distance Between Multivariate Normal Distributions in an Embedding into the Siegel Group », Journal of Multivariate Analysis, vol. 35, n°2, pp.223-242, Nov. 1990.

[Cart34] E . Cartan, «Les espaces de Finsler», Actualités 79, Paris, 1934.

[Chen72] N .N. Chentsov, «Statistical Decision Rules and Optimal Inference» , Translation of Mathematical Monographs, Vol . 53, AMS, Rhodes Island, NY, 1972 .

[De191] P. Delsarte & Y. Genin, «Tridiagonal Approach to the Algebraic Environment of Toeplitz Matrices, Part I & II, SIAM J. Matrix Anal. Appl., vol.12, n°2 & n°3, April & July 1991 .

[Egu85] S . Eguchi, «A Differential Geometric Approach to Statistical Inference on the Basis of Contrast Functionals», Hirosh . Math. J., Vol . I5,pp . 341-391 , 1985 .

[Ing81] R . S . Ingarden, «Information Geometry in Functional Spaces of Classical and Quantum Finite Statistical Systems», Int. J. Engineering Sci, vol. 19, n°12, pp . 1609-1633, 1981 .

[James73] A .T. James, «The Variance Information Manifold and Functions on it», Multivariate Analysis III, Ed. P.K . Krishnaiah, Academic Press, New York, pp .157-169, 1973.

[Kopp86] L. Kopp & D . Thubert, «Bornes de Cramer-Rao en traitement d'antenne. Première Partie : Formalisme «, revue Traitement du Signal, vol .3 , n°3, pp .111-125, 1986 .

[Petz96] D. Petz & H. Hasegawa, «On the Riemannian Metric of a-entropies of Density Matrices», Letter in Mathematical Physics, vol .38, pp .221-225,1996 .

[Pflu93] P. Pflug & Mareck Jarnicki, «Invariant Distances and Metrics in Complex Analysis», Edition De Gruyter, 1993 .

[Pic941 B . Picinbono, «On Circularity», IEEE Trans. on Signal Processing , vol .42, pp. 3473-3482, 1994 .

[Pic95] B . Picinbono, «Signaux aléatoires : Bases du traitement statistique du signal», Tome 3, Dunod, 1995.

[Skov84] L. Skovgaard, «A Riemannian Geometry of the Multivariate Normal Model», Scand. J. Stat., Vol .11, pp . 211-223, 1984.

[Sieg64] Carl Ludwig Siegel, « Symplectic Geometry», Academic Press, New- York, 1964 .

[Swai75] A .J. Swain, «A Class of Factor Analysis Estimation Procedures with Common Asymptotic Sampling Properties», Psvchometrika, vol. 40, pp .315 -335, 1975 .