ab实验与Delta方法

背景

互联网实验一般使用基于正态分布模型的检验方法,但是在ab实验中我们可能遇到这样的情况:
1.实验结果分析,实验组均值比对照组均值提升了10%,相对提升的置信区间是多少呢?
2.实验组用户合计点击率为26%,对照组未25%,置信度与置信区间如何计算?

在场景1中,实验组均值、对照组均值是分别服从正态分布的,但是它们的比值会服从正态分布么?标准差怎么计算?
而场景2中,平均浏览数、平均点击数是服从正态分布的,但平均点击率等于平均点击除以平均浏览。我们又陷入了正态分布随机变量除以正态分布随机变量的问题!

Delta method可以帮助我们解决这类问题

Delta method是什么

Delta method说的是当一个随机变量服从正态分布时,经过可导的函数变化后仍然概率趋向正态分布,并且提供了期望、方差的计算公式。

单变量下:
\sqrt{n}[X - \theta] \overset{\nu }{\rightarrow} N(0, \sigma^2),且函数g(x)可导,
\sqrt{n}[g(X) - g(\theta)] \overset{\nu }{\rightarrow} N(0, \sigma^2 * [g’(\theta)]^2)

多变量下:
\sqrt{n}[B - \beta] \overset{\nu }{\rightarrow} N(0, \Sigma),且函数g(x)可导,
\sqrt{n}[h(B) - h(\theta)] \overset{\nu }{\rightarrow} N(0, \Delta h(B)^T * \Sigma * \Delta h(B))
其中\Sigma是多元正态分布的协方差矩阵,\Delta hh函数的梯度向量。

Delta method的个人理解

以下为单变量下的个人理解,不等于严格证明。
泰勒公式:
f(x) = f(a) + \frac{f'(a) }{1!}(x -a)+\frac{f''(a) }{2!}(x -a)^2+...
根据泰勒公式:
g(X) \approx g(\theta) + g'(\theta)(X - \theta)
则:
g(X) - g(\theta) \approx g'(\theta)(X - \theta) \overset{\nu }{\rightarrow} N(0, \sigma^2 * [g’(\theta)]^2)
由于g'(\theta)(X - \theta)服从正态分布,左边也近似服从相同的正态分布,且有接近的均值与方差。

为什么可以解决AB的问题

场景1与场景2都是两个正态分布随机变量做除法运算的问题,设一个为Xn,一个为Yn,则(Xn, Yn)服从二元正态分布:

(X_n, Y_n) \sim N((\mu_x,\mu_y), \Sigma)

我们对Xn,Yn的操作等于函数h((x, y)) = y/x ,根据Delta方法:

\frac{Yn}{Xn} \overset{\nu }{\rightarrow} N(\frac{ E[Yn] }{ E[Xn] }, \Delta h( (X_n, Y_n))^T * \Sigma * \Delta h( (X_n, Y_n)))

其中\Delta h((x, y)) = [-\frac{ y}{x^2}, \frac{1}{x}]^T\Sigma = \begin{bmatrix} {\sigma(X_n)^2 }&{cov(X_n, Y_n)}\\ {cov(X_n, Y_n)}&{\sigma(Y_n)^2}\\ \end{bmatrix}

联系背景问题

于是我们可以对两个问题的解决方案:
场景1:X_n对照组均值,Y_n为实验组均值,使用样本均值、样本方差做期望、方差的点估计;
场景2:X_n为平均用户页面浏览次数,Y_n为平均用户页面点击次数,同样使用样本均值、样本方差做期望、方差的点估计。

总结

Delta方法对实验分析至关重要,已经几乎成为所有AB实验平台的一部分,主要用来解决随机化单位与分析单位不同的问题。Delta方法还可以扩展到更高维度,如微软的CUPED论文中通过四元正态分布的Delta方法解决比例型指标的CUPED计算难点。

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 201,784评论 5 474
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 84,745评论 2 378
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 148,702评论 0 335
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,229评论 1 272
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,245评论 5 363
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,376评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,798评论 3 393
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,471评论 0 256
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,655评论 1 295
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,485评论 2 318
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,535评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,235评论 3 318
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,793评论 3 304
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,863评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,096评论 1 258
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,654评论 2 348
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,233评论 2 341

推荐阅读更多精彩内容