On the Statistical Approximation of Conditional Expectation Operators

Diese Dissertation erörtert die datengetriebene Approximation des sogenannten conditional expectation operators, welcher den Erwartungswert einer reellwertigen Transformation einer Zufallsvariablen bedingt auf eine zweite Zufallsvariable beschreibt. Sie stellt dieses klassische numerische Problem in einem neuen theoretischen Zusammenhang dar und beleuchtet es mit verschiedenen ausgewählten Methoden der modernen statistischen Lerntheorie. Es werden sowohl ein bekannter parametrischer Projektionsansatz aus dem numerischen Bereich als auch ein nichtparametrisches Modell auf Basis eines reproducing kernel Hilbert space untersucht. Die Untersuchungen dieser Arbeit werden motiviert duch den speziellen Fall, in dem der conditional expectation operator die Übergangswahrscheinlichkeiten eines Markovprozesses beschreibt. In diesem Kontext sind die Spektraleigenschaften des resultierenden Markov transition operators von großem praktischen Interesse zur datenbasierten Untersuchung von komplexer Dynamik. Die oben genannten vorgestellten Schätzer werden in diesem Szenario in der Praxis verwendet. Es werden diverse neue Konvergenz- und Approximationsresultate sowohl für stochastisch unabhängige als auch abhängige Daten gezeigt. Als Werkzeuge für diese Ergebnisse dienen Konzepte aus den Theorien inverser Probleme, schwach abhängiger stochastischer Prozesse, der St ̈orung von Spektraleigenschaften und der Konzentration von Wahrscheinlichkeitsmaßen. Zur theoretischen Rechtfertigung des nichtparametrischen Modells wird das Schätzen von kernel autocovariance operators von stationären Zeitreihen untersucht. Diese Betrachtung kann zusätzlich vielfältig in anderen Zusammenhängen genutzt werden, was anhand von neuen Ergebnissen zur Konsistenz von kernelbasierter Hauptkomponentenanalyse mit schwach abhängigen Daten demonstriert wird. Diese Dissertation ist theoretischer Natur und dient nicht zur unmittelbaren Umsetzung von neuen numerischen Methoden. Sie stellt jedoch den direkten Zusammenhang von bekannten Ansätzen in diesem Feld zu ...