We revisit the problem of mean estimation in the Gaussian sequence model with $\ell_p$ constraints for $p \in [0, \infty]$. We demonstrate two phenomena for the behavior of the maximum likelihood estimator (MLE), which depend on the noise level, the radius of the (quasi)norm constraint, the dimension, and the norm index $p$. First, if $p$ lies between $0$ and $1 + \Theta(\tfrac{1}{\log d})$, inclusive, or if it is greater than or equal to $2$, the MLE is minimax rate-optimal for all noise levels and all constraint radii. On the other hand, for the remaining norm indices -- namely, if $p$ lies between $1 + \Theta(\tfrac{1}{\log d})$ and $2$ -- here is a more striking behavior: the MLE is minimax rate-suboptimal, despite its nonlinearity in the observations, for essentially all noise levels and constraint radii for which nonlinear estimates are necessary for minimax-optimal estimation. Our results imply that when given $n$ independent and identically distributed Gaussian samples, the MLE can be suboptimal by a polynomial factor in the sample size. Our lower bounds are constructive: whenever the MLE is rate-suboptimal, we provide explicit instances on which the MLE provably incurs suboptimal risk. Finally, in the non-convex case -- namely when $p < 1$ -- we develop sharp local Gaussian width bounds, which may be of independent interest.


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极大似然估计方法(Maximum Likelihood Estimate,MLE)也称为最大概似估计或最大似然估计,是求估计的另一种方法,最大概似是1821年首先由德国数学家高斯(C. F. Gauss)提出,但是这个方法通常被归功于英国的统计学家罗纳德·费希尔(R. A. Fisher) 它是建立在极大似然原理的基础上的一个统计方法,极大似然原理的直观想法是,一个随机试验如有若干个可能的结果A,B,C,... ,若在一次试验中,结果A出现了,那么可以认为实验条件对A的出现有利,也即出现的概率P(A)较大。极大似然原理的直观想法我们用下面例子说明。设甲箱中有99个白球,1个黑球;乙箱中有1个白球.99个黑球。现随机取出一箱,再从抽取的一箱中随机取出一球,结果是黑球,这一黑球从乙箱抽取的概率比从甲箱抽取的概率大得多,这时我们自然更多地相信这个黑球是取自乙箱的。一般说来,事件A发生的概率与某一未知参数theta有关, theta取值不同,则事件A发生的概率P(A/theta)也不同,当我们在一次试验中事件A发生了,则认为此时的theta值应是t的一切可能取值中使P(A/theta)达到最大的那一个,极大似然估计法就是要选取这样的t值作为参数t的估计值,使所选取的样本在被选的总体中出现的可能性为最大。
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