Nonparametric Bayesian (np Bayes) statistical models are popularly used in a variety of research areas because of their flexibility and computational convenience. This paper reviews the np Bayes models focusing on biomedical research applications. We review key probability models for np Bayes inference while illustrating how each of the models is used to answer different types of research questions using biomedical examples. The examples are chosen to highlight the problems that are challenging for standard parametric inference but can be solved using nonparametric inference. We discuss np Bayes inference in four topics: (1) density estimation, (2) clustering, (3) random effects distribution, and (4) regression.
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.9
no.3
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pp.825-834
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2002
Poisson processes are widely used in reliability and survival analysis. In particular, multiple event time data in survival analysis are routinely analyzed by use of Poisson processes. In this paper, we consider large sample properties of nonparametric Bayesian models for Poisson processes. We prove that the posterior distribution of the cumulative intensity function of Poisson processes is consistent under regularity conditions on priors which are Levy processes.
In recent years, theoretical properties of Bayesian nonparametric survival models have been studied and the conclusion is that although there are pathological cases the popular prior processes have the desired asymptotic properties, namely, the posterior consistency and the Bernstein-von Mises theorem. In this study, through a simulation experiment, we study the finite sample properties of the Bayes estimator and compare it with the frequentist estimators. To our surprise, we conclude that in most situations except that the prior is highly concentrated at the true parameter value, the Bayes estimator performs worse than the frequentist estimators.
This paper is concerned with semiparametric Bayesian analysis of the proportional intensity regression model of the Poisson process for multiple event time data. A nonparametric prior distribution is put on the baseline cumulative intensity function and a usual parametric prior distribution is given to the regression parameter. Also we allow heterogeneity among the intensity processes in different subjects by using unobserved random frailty components. Gibbs sampling approach with the Metropolis-Hastings algorithm is used to explore the posterior distributions. Finally, the results are applied to a real data set.
This paper presents ordinal probit semiparametric regression models using Bayesian Spectral Analysis Regression (BSAR) method. Ordinal probit regression is a way of modeling ordinal responses - usually more than two categories - by connecting the probability of falling into each category explained by a combination of available covariates using a probit (an inverse function of normal cumulative distribution function) link. The Bayesian probit model facilitates posterior sampling by bringing a latent variable following normal distribution, therefore, the responses are categorized by the cut-off points according to values of latent variables. In this paper, we extend the latent variable approach to a semiparametric model for the Bayesian ordinal probit regression with nonparametric functions using a spectral representation of Gaussian processes based BSAR method. The latent variable is decomposed into a parametric component and a nonparametric component with or without a shape constraint for modeling ordinal responses and predicting outcomes more flexibly. We illustrate the proposed methods with simulation studies in comparison with existing methods and real data analysis applied to a Korean National Health and Nutrition Examination Survey (KNHANES) 2016 for investigating nonparametric relationship between smoking behavior and coffee intake.
In this paper, we consider a seemingly unrelated regression (SUR) model and propose a nonparametric Bayesian approach to SUR with a Dirichlet process mixture of normals for modeling an unknown error distribution. Posterior distributions are derived based on the proposed model, and the posterior inference is performed via Markov chain Monte Carlo methods based on the collapsed Gibbs sampler of a Dirichlet process mixture model. We present a simulation study to assess the performance of the model. We also apply the model to precipitation data over South Korea.
Regarding to multiple comparison problem (MCP) of k normal population variances, we suggest a Bayesian method for calculating posterior probabilities for various hypotheses of equality among population variances. This leads to a simple method for obtaining pairwise comparisons of variances in a statistical experiment with a partition on the parameter space induced by equality and inequality relationships among the variances. The method is derived from the fact that certain features of the hierarchical nonparametric family of Dirichlet process priors, in general, make it amenable to solving the MCP and estimating the posterior probabilities by means of posterior simulation, the Gibbs sampling. Two examples are illustrated for the method. For these examples, the method is straightforward for specifying distributionally and to implement computationally, with output readily adapted for required comparison.
Most attempts at Bayesian analysis of neural networks involve hierarchical modeling. We believe that similar results can be obtained with simpler models that require less computational effort, as long as appropriate restrictions are placed on parameters in order to ensure propriety of posterior distributions. In particular, we adopt a model first introduced by Lee (1999) that utilizes an improper prior for all parameters. Straightforward Gibbs sampling is possible, with the exception of the bias parameters, which are embedded in nonlinear sigmoidal functions. In addition to the problems posed by nonlinearity, direct sampling from the posterior distributions of the bias parameters is compounded due to the duplication of hidden nodes, which is a source of multimodality. In this regard, we focus on sampling from the marginal posterior distribution of the bias parameters with Markov chain Monte Carlo methods that combine traditional Metropolis sampling with a slice sampler described by Neal (1997, 2001). The methods are illustrated with data examples that are largely confined to the analysis of nonparametric regression models.
In this review, we introduce the non-parametric Bayesian filtering algorithm known as the point-mass filter (PMF) and discuss recent studies related to it. PMF realizes Bayesian filtering by placing a deterministic grid on the state space and calculating the probability density at each grid point. PMF is known for its robustness and high accuracy compared to other nonparametric Bayesian filtering algorithms due to its uniform sampling. However, a drawback of PMF is its inherently high computational complexity in the prediction phase. In this review, we aim to understand the principles of the PMF algorithm and the reasons for the high computational complexity, and summarize recent research efforts to overcome this challenge. We hope that this review contributes to encouraging the consideration of PMF applications for various systems.
The total fertility rate of Korea was 1.05 in 2017, showing a return to the 1.08 level in the year 2005. 1.05 is a very low fertility level that is far from replacement level fertility or safety zone 1.5. The number may indicate a low fertility trap. It is therefore important to predict fertility than at any other time. In the meantime, we have predicted the age-specific fertility rate and total fertility rate by various statistical methods. When the data trend is disconnected or fluctuating, it applied a nonparametric method applying the smoothness and weight. In addition, the Bayesian method of using the pre-distribution of fertility rates in advanced countries with reference to the three-stage transition phenomenon have been applied. This paper examines which method is reasonable in terms of precision and feasibility by applying estimation, forecasting, and comparing the results of the recent variability of the Korean fertility rate with parametric, non-parametric and Bayesian methods. The results of the analysis showed that the total fertility rate was in the order of KOSTAT's total fertility rate, Bayesian, parametric and non-parametric method outcomes. Given the level of TFR 1.05 in 2017, the predicted total fertility rate derived from the parametric and nonparametric models is most reasonable. In addition, if a fertility rate data is highly complete and a quality is good, the parametric model approach is superior to other methods in terms of parameter estimation, calculation efficiency and goodness-of-fit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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