In this article, we introduce the novel concept of the second maximum of a Gaussian random field on a Riemannian submanifold. This second maximum serves as a powerful tool for characterizing the distribution of the maximum. By utilizing an ad-hoc Kac Rice formula, we derive the explicit form of the maximum's distribution, conditioned on the second maximum and some regressed component of the Riemannian Hessian. This approach results in an exact test, based on the evaluation of spacing between these maxima, which we refer to as the spacing test. We investigate the applicability of this test in detecting sparse alternatives within Gaussian symmetric tensors, continuous sparse deconvolution, and two-layered neural networks with smooth rectifiers. Our theoretical results are supported by numerical experiments, which illustrate the calibration and power of the proposed tests. More generally, this test can be applied to any Gaussian random field on a Riemannian manifold, and we provide a general framework for the application of the spacing test in continuous sparse kernel regression. Furthermore, when the variance-covariance function of the Gaussian random field is known up to a scaling factor, we derive an exact Studentized version of our test, coined the $t$-spacing test. This test is perfectly calibrated under the null hypothesis and has high power for detecting sparse alternatives.


翻译:本文引入了一个新颖的概念:黎曼子流形上高斯随机场的次最大值。该次最大值可作为刻画最大值分布的有力工具。通过使用特设的Kac-Rice公式,我们推导出最大值分布的显式形式,该分布以次最大值及黎曼Hessian矩阵的某些回归分量为条件。这一方法产生了一种基于这些最大值之间间距评估的精确检验,我们称之为间距检验。我们研究了该检验在高斯对称张量中检测稀疏替代、连续稀疏反卷积以及具有平滑整流器的两层神经网络中的适用性。理论结果得到了数值实验的支持,这些实验展示了所提出检验的校准效果与检验效能。更一般地,该检验可应用于黎曼流形上的任何高斯随机场,我们为间距检验在连续稀疏核回归中的应用提供了一个通用框架。此外,当高斯随机场的方差-协方差函数已知至一个缩放因子时,我们推导出该检验的精确学生化版本,称为$t$-间距检验。该检验在原假设下完全校准,并在检测稀疏替代时具有高效能。

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