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第 25517 題:偏誤-變異數分解

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  1. 原題與已知條件
  2. 定義與適用範圍
  3. 逐步推導
  4. 逐步反向核對
  5. 結論
  6. 本題覆核與來源綁定

返回所在分頁 128

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R0050-25517 · q-20261015-advance-20261115-r03-bias-variance-decomposition-0092

原題與已知條件

逐theta完整finite sampling law上的exact mean、bias、variance與MSE。操作=biasvar-biased-unbiased-boundary;資料={"theta":4,"support":[2,4,6],"probabilities":[[1,4],[1,2],[1,4]],"observed":2}。請依 exact_ordered_tuple_declared_by_interface 欄序回答。

  • G001 — 逐theta完整finite sampling law上的exact mean、bias、variance與MSE。操作=biasvar-biased-unbiased-boundary;資料={"theta":4,"support":[2,4,6],"probabilities":[[1,4],[1,2],[1,4]],"observed":2}。請依 exact_ordered_tuple_declared_by_interface 欄序回答。

定義與適用範圍

沿用原題明示的論域、假設與來源 MKO 定義。本題已完成第二對話數理與中英語義覆核,並由原始參數逐題獨立重算模型、答案與每個算術步驟;原題仍為 candidate。

逐步推導

S001 · implies

操作前

source roles = [biasvar-biased-unbiased-boundary]

操作後

derived = [[theta, observed, observed_squared_error, bias, unbiased, variance, MSE, variance_comparison_holds, unbiased_and_zero_MSE, consistency_claim, boundary]]

條件:無

直接列完整來源欄序,不需JavaScript。LP weak為13欄、zero與strong為15欄,前提與角色依原operation/mode,不補欄。

步驟識別與依賴

規則:source_ordered_fields_without_JS · 依賴:G001

S002 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta ORIGINAL mass sum := sum(1/4, 1/2, 1/4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta ORIGINAL mass sum = 1

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S001

S003 · implies

操作前

source roles = [Biasvar ORIGINAL single theta, 4, [2, 4, 6], [[1, 4], [1, 2], [1, 4]]]

操作後

derived = [[(2, 1/4), (4, 1/2), (6, 1/4)], 1]

條件:無

先核同一P_theta全law,原序mass非負總和1,再連value/mass一起數值排序;null rows保留。與前一MSE節點不同,這裡明示要證bias-variance分解。

步驟識別與依賴

規則:Biasvar_complete_SAME_law_numeric_sorted_ALIGNED_null_rows · 依賴:G001, S002

S004 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta mean product0 := mul(2, 1/4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta mean product0 = 1/2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S003

S005 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta mean product1 := mul(4, 1/2)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta mean product1 = 2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S004

S006 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta mean product2 := mul(6, 1/4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta mean product2 = 3/2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S005

S007 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta mean sum := sum(1/2, 2, 3/2)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta mean sum = 4

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S006

S008 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta bias mean minus theta := sub(4, 4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta bias mean minus theta = 0

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S007

S009 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta centered deviation0 := sub(2, 4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta centered deviation0 = -2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S008

S010 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta centered square0 := mul(-2, -2)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta centered square0 = 4

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S009

S011 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta variance weighted term0 := mul(1/4, 4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta variance weighted term0 = 1

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S010

S012 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta centered deviation1 := sub(4, 4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta centered deviation1 = 0

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S011

S013 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta centered square1 := mul(0, 0)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta centered square1 = 0

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S012

S014 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta variance weighted term1 := mul(1/2, 0)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta variance weighted term1 = 0

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S013

S015 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta centered deviation2 := sub(6, 4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta centered deviation2 = 2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S014

S016 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta centered square2 := mul(2, 2)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta centered square2 = 4

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S015

S017 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta variance weighted term2 := mul(1/4, 4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta variance weighted term2 = 1

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S016

S018 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta variance sum := sum(1, 0, 1)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta variance sum = 2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S017

S019 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta theta error0 := sub(2, 4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta theta error0 = -2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S018

S020 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta theta square0 := mul(-2, -2)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta theta square0 = 4

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S019

S021 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta direct MSE term0 := mul(1/4, 4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta direct MSE term0 = 1

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S020

S022 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta theta error1 := sub(4, 4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta theta error1 = 0

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S021

S023 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta theta square1 := mul(0, 0)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta theta square1 = 0

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S022

S024 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta direct MSE term1 := mul(1/2, 0)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta direct MSE term1 = 0

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S023

S025 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta theta error2 := sub(6, 4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta theta error2 = 2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S024

S026 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta theta square2 := mul(2, 2)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta theta square2 = 4

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S025

S027 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta direct MSE term2 := mul(1/4, 4)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta direct MSE term2 = 1

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S026

S028 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta direct MSE sum := sum(1, 0, 1)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta direct MSE sum = 2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S027

S029 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta centered mean product0 := mul(1/4, -2)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta centered mean product0 = -1/2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S028

S030 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta centered mean product1 := mul(1/2, 0)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta centered mean product1 = 0

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S029

S031 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta centered mean product2 := mul(1/4, 2)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta centered mean product2 = 1/2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S030

S032 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta centered mean sum := sum(-1/2, 0, 1/2)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta centered mean sum = 0

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S031

S033 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta bias times centered mean := mul(0, 0)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta bias times centered mean = 0

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S032

S034 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta cross twice inner := mul(2, 0)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta cross twice inner = 0

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S033

S035 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta squared bias := mul(0, 0)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta squared bias = 0

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S034

S036 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL single theta variance plus squared bias := sum(2, 0)

操作後

Biasvar ORIGINAL single theta variance plus squared bias = 2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S035

S037 · implies

操作前

source roles = [Biasvar ORIGINAL single theta, 4, 4, 0, [(2, 1/4), (4, 1/2), (6, 1/4)]]

操作後

derived = [[[2, 1/4, -2, 0, -2, 4, 0, 0, 4], [4, 1/2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [6, 1/4, 2, 0, 2, 4, 0, 0, 4]], 0, 0, 2, 2, 2, 是]

條件:無

逐值T−theta=(T−mean)+bias,平方成centered²+2*bias*centered+bias²,再按同一mass加權。E[T−mean]=E[T]−mean*1=0使cross消失,不要求bias0或每個deviation0;mass1保bias²。逐點cross是額外精確教學量,不套原source未執行的新profile界。

步驟識別與依賴

規則:Biasvar_EVERY_value_square_expansion_and_GENERAL_cross_cancellation · 依賴:G001, S036

S038 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL observed minus theta := sub(2, 4)

操作後

Biasvar ORIGINAL observed minus theta = -2

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S037

S039 · calculation

操作前

Biasvar ORIGINAL observed square := mul(-2, -2)

操作後

Biasvar ORIGINAL observed square = 4

條件:無

依原始角色與已證中間量精確代值,不用浮點近似;額外教學恆等式不另縮限原題數值域。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S038

S040 · implies

操作前

source roles = [2, 4, 0, 2, 2]

操作後

derived = [是, 是, 否, 否]

條件:無

unbiased只把bias²去掉,給MSE=variance,未給variance0或consistency;biased時MSE>=variance。observed loss另算,可能偶合MSE但不是它的定義。

步驟識別與依賴

規則:Biasvar_observed_error_unbiased_variance_risk_consistency_separate · 依賴:G001, S039

逐步反向核對

  • S040 · premise_and_result_audit — 回到原始資料與本步條件核對,不把單向推論誤稱等價。
  • S039 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL observed square,不以小數近似替代。
  • S038 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL observed minus theta,不以小數近似替代。
  • S037 · premise_and_result_audit — 回到原始資料與本步條件核對,不把單向推論誤稱等價。
  • S036 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta variance plus squared bias,不以小數近似替代。
  • S035 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta squared bias,不以小數近似替代。
  • S034 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta cross twice inner,不以小數近似替代。
  • S033 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta bias times centered mean,不以小數近似替代。
  • S032 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta centered mean sum,不以小數近似替代。
  • S031 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta centered mean product2,不以小數近似替代。
  • S030 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta centered mean product1,不以小數近似替代。
  • S029 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta centered mean product0,不以小數近似替代。
  • S028 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta direct MSE sum,不以小數近似替代。
  • S027 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta direct MSE term2,不以小數近似替代。
  • S026 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta theta square2,不以小數近似替代。
  • S025 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta theta error2,不以小數近似替代。
  • S024 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta direct MSE term1,不以小數近似替代。
  • S023 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta theta square1,不以小數近似替代。
  • S022 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta theta error1,不以小數近似替代。
  • S021 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta direct MSE term0,不以小數近似替代。
  • S020 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta theta square0,不以小數近似替代。
  • S019 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta theta error0,不以小數近似替代。
  • S018 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta variance sum,不以小數近似替代。
  • S017 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta variance weighted term2,不以小數近似替代。
  • S016 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta centered square2,不以小數近似替代。
  • S015 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta centered deviation2,不以小數近似替代。
  • S014 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta variance weighted term1,不以小數近似替代。
  • S013 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta centered square1,不以小數近似替代。
  • S012 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta centered deviation1,不以小數近似替代。
  • S011 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta variance weighted term0,不以小數近似替代。
  • S010 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta centered square0,不以小數近似替代。
  • S009 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta centered deviation0,不以小數近似替代。
  • S008 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta bias mean minus theta,不以小數近似替代。
  • S007 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta mean sum,不以小數近似替代。
  • S006 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta mean product2,不以小數近似替代。
  • S005 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta mean product1,不以小數近似替代。
  • S004 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta mean product0,不以小數近似替代。
  • S003 · premise_and_result_audit — 回到原始資料與本步條件核對,不把單向推論誤稱等價。
  • S002 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 Biasvar ORIGINAL single theta ORIGINAL mass sum,不以小數近似替代。
  • S001 · premise_and_result_audit — 回到原始資料與本步條件核對,不把單向推論誤稱等價。

結論

(4, 2, 4, 0, 是, 2, 2, 是, 否, 否, unbiased_only_gives_MSE_equals_variance_not_zero_MSE_or_consistency_and_observed_error_is_not_MSE)

依上列完整代值及條件核對得到原題答案;原題編號、格式與狀態保持不變。

本題覆核與來源綁定

覆核日期:2026-10-26

原題、答案、步驟表達式、數值 AST 與既有歷史保持原樣;原來的候選狀態屬於來源歷史,不覆寫為形式化證明。

來源雜湊與覆核憑證
  • input commit: 0f7be61e2c22317a4075561dc822c87d881a50db
  • original question SHA-256: 5839ef449bdac1f89e99ddc944aae5dca128a6c754e879da35ec6aed84d02f6f
  • candidate record SHA-256: 06e2a82581b5fcb1c6247d7f0746478a13472930fa8d4ac71406adc7e91cd6e0
  • semantic review receipt SHA-256: 74c63a2c12285a3b2073f8d9f102bc2ba5fb7ed890c5b7c3b8afa94f032eda82
  • question-first witness SHA-256: 6d56428610f8e86c45fd00a2ad3b27ad9c052956946f0b91d71a68536f79d95f
  • Lean: NOT_RUN · human review: NOT_PERFORMED
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