<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Psychol.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Psychology</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Psychol.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">1664-1078</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fpsyg.2019.01175</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Psychology</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>The Bayesian Expectation-Maximization-Maximization for the 3PLM</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Guo</surname> <given-names>Shaoyang</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/476647/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Zheng</surname> <given-names>Chanjin</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/419665/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Institute of Curriculum and Instruction, Faculty of Education, East China Normal University</institution>, <addr-line>Shanghai</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Department of Educational Psychology, Faculty of Education, East China Normal University</institution>, <addr-line>Shanghai</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Words up your way</institution>, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Holmes Finch, Ball State University, United States</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Xin Luo, Uber, United States; Lietta Marie Scott, Arizona Department of Education, United States</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Chanjin Zheng <email>russelzheng&#x00040;gmail.com</email></corresp>
<fn fn-type="other" id="fn001"><p>This article was submitted to Quantitative Psychology and Measurement, a section of the journal Frontiers in Psychology</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>31</day>
<month>05</month>
<year>2019</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2019</year>
</pub-date>
<volume>10</volume>
<elocation-id>1175</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>22</day>
<month>09</month>
<year>2018</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>03</day>
<month>05</month>
<year>2019</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2019 Guo and Zheng.</copyright-statement>
<copyright-year>2019</copyright-year>
<copyright-holder>Guo and Zheng</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract><p>The current study proposes an alternative feasible Bayesian algorithm for the three-parameter logistic model (3PLM) from a mixture-modeling perspective, namely, the Bayesian Expectation-Maximization-Maximization (Bayesian EMM, or BEMM). As a new maximum likelihood estimation (MLE) alternative to the marginal MLE EM (MMLE/EM) for the 3PLM, the EMM can explore the likelihood function much better, but it might still suffer from the unidentifiability problem indicated by occasional extremely large item parameter estimates. Traditionally, this problem was remedied by the Bayesian approach which led to the Bayes modal estimation (BME) in IRT estimation. The current study attempts to mimic the Bayes modal estimation method and develop the BEMM which, as a combination of the EMM and the Bayesian approach, can bring in the benefits of the two methods. The study also devised a supplemented EM method to estimate the standard errors (SEs). A simulation study and two real data examples indicate that the BEMM can be more robust against the change in the priors than the Bayes modal estimation. The mixture modeling idea and this algorithm can be naturally extended to other IRT with guessing parameters and the four-parameter logistic models (4PLM).</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>3PL</kwd>
<kwd>Bayesian EMM</kwd>
<kwd>Bayesian EM</kwd>
<kwd>mixture modeling</kwd>
<kwd>estimation</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="4"/>
<table-count count="2"/>
<equation-count count="38"/>
<ref-count count="46"/>
<page-count count="11"/>
<word-count count="6839"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>Introduction</title>
<p>The field of educational testing has witnessed successful development and implementation of a great variety of test item formats, including multiple-choice questions, constructed response questions, and complex performance-based questions. For the past decades, however, multiple-choice questions have been the dominant item format, especially in standardized testing. One major downside of this item format is that examinees may exploit various specific test-taking strategies to improve their performance such as guessing, especially in a low-stakes test (Lord, <xref ref-type="bibr" rid="B26">1980</xref>; Baker and Kim, <xref ref-type="bibr" rid="B1">2004</xref>; Cao and Stokes, <xref ref-type="bibr" rid="B11">2008</xref>; Woods, <xref ref-type="bibr" rid="B44">2008</xref>; Cui et al., <xref ref-type="bibr" rid="B13">2018</xref>).</p>
<p>Consequently, researchers and practitioners have devised powerful statistical tools to model dichotomously scored examinee responses to multiple-choice items. As early as in the nascent stage of IRT, Birnbaum (<xref ref-type="bibr" rid="B4">1968</xref>) proposed the three-parameter logistic model (3PLM) and its equivalent model in the normal ogive form to accommodate this need. Since then, the 3PLM has become one of the major statistical tools to analyze multiple-choice data. Various more complicated three-parameter models have been developed and important examples include three-parameter multilevel models (Fox, <xref ref-type="bibr" rid="B18">2010</xref>), three-parameter multidimensional normal ogive model (Samejima, <xref ref-type="bibr" rid="B35">1974</xref>; McDonald, <xref ref-type="bibr" rid="B28">1999</xref>; Bock and Schilling, <xref ref-type="bibr" rid="B7">2003</xref>), three-parameter multidimensional logistic model (Reckase, <xref ref-type="bibr" rid="B33">2009</xref>) and three-parameter partially compensatory multidimensional models (Sympson, <xref ref-type="bibr" rid="B37">1978</xref>).</p>
<p>One major problem that hinders the widespread application of the three-parameter models is the huge challenge of item parameter estimation brought by the guessing parameter. Even for the simplest three-parameter model, the 3PLM, this caused issues for researchers. The marginal maximum likelihood estimation (MMLE) with expectation maximization (EM) algorithm (MMLE/EM) represents the major breakthrough in the estimation techniques for the full-information item factor analysis, but it often runs into convergence problem for data sparseness for the guessing parameter. Mislevy (<xref ref-type="bibr" rid="B31">1986</xref>) offered a practical Bayesian solution, namely, the Bayes modal estimation (BME) or the Bayesian EM (BEM), for a moderate sample size, although an MLE solution was not available. Its implementation in BILOG-MG (Zimowski et al., <xref ref-type="bibr" rid="B46">2003</xref>) paved the way for the wide application of the 3PLM in practice. The priors in the Bayesian method can provide extra information and shrink the estimates back to the conditional mean of item parameter, and this shrinkage depends on how informative the priors are. In this case, an informative prior with a smaller variance may have greater influence on the estimation, while a non-informative prior with a larger variance would be relatively weak (Baker and Kim, <xref ref-type="bibr" rid="B1">2004</xref>). However, it is important to emphasize that an informative prior is not the same as an appropriate prior. Mislevy (<xref ref-type="bibr" rid="B31">1986</xref>) has warned that, a prior with an incorrect mean and a very small variance is likely to result in a systematic bias. Moreover, when the likelihood function of the MMLE/EM is flat, the Bayesian estimates might be highly dependent on the priors, and lead to a potentially undesirable result. So, it is vital to specify appropriate priors in the Bayesian EM algorithm and one crucial element of BILOG-MG is that the default priors for item parameters are generally uninformative but functional (Mislevy, <xref ref-type="bibr" rid="B31">1986</xref>).</p>
<p>Recently, Zheng et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B45">2017</xref>) pursued a different direction and developed a more powerful MLE algorithm based on a mixture modeling reformation of 3PLM, namely the Expectation-Maximization-Maximization (EMM). The EMM essentially is modified variant of MMLE/EM and its major difference from the traditional method is to expand the complete data from (<bold>U</bold>, &#x003B8;) to (<bold>U</bold>, <bold>Z</bold>, &#x003B8;) where <bold>U</bold> and &#x003B8; are the response and examinee matrices, and <bold>Z</bold> is the latent indicator for whether some examinees use the guessing strategy for one item. EMM can be summarized conceptually as</p>
<p>a) introducing a new latent variable Z to construct a space one more dimension than the old one, which appears to be unwise because the original 3PLM estimation problem has been made more difficult with one added dimension.</p>
<p>b) invoking the independent assumption of (<bold>Z</bold>, <bold>&#x003B8;</bold>) to approximate the joint distribution which is one the most commonly used method in statistics to address high-dimension space problems.</p>
<p>c) using the approximation as a surrogate of the original 3PLM likelihood function to obtain item parameter estimate.</p>
<p>Simulation studies indicated that in the expanded space, one can better explore the likelihood function and thus is able to obtain the MLE solution with a moderate sample size. But the EMM is only a partial solution to the possible unidentifiability issue of the 3PLM, evidenced by occasional improbable parameter estimates in the simulation study, and thus further improvement is necessary.</p>
<p>This paper attempts to propose a Bayesian version of the EMM (BEMM) which will bring in the advantages of both the EMM and the Bayesian method. On one hand, the BEMM can solve the unidentifiability issue with the 3PLM by adding additional prior information as in the BEM; on the other hand, it is expected to be more robust against the change in the item parameter priors than the Bayesian EM due to its power in exploitation of the likelihood function.</p>
<p>The rest of the paper is organized as follows: First, the mixture modeling approach to the 3PLM in IRT literature are carefully summarized and an alternative mixture modeling reformulation of the 3PLM with less stringent assumptions is presented. Then, two BEMM algorithms (BEMM-P and BEMM-C) and the estimating method for standard errors (SEs) are derived. One simulation study is carried out to demonstrate the feasibility of the BEMMs, compared to the Bayesian EM and the EMM; and two real data calibrations are presented to show the advantage of the BEMM algorithms. Lastly, future directions are discussed.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>Mixture-Modeling Approach to the 3PLM</title>
<p>Mixture modeling is a powerful statistical tool for accommodating heterogeneity among an overall population. The similar idea for the 3PLM is not even entirely new. A two-process theory on the 3PLM, a p-process which represents the answering behavior based on examinee&#x00027;s ability and a g-process for the guessing strategy, was mentioned by Hutchinson (<xref ref-type="bibr" rid="B20">1991</xref>). Later this idea was extensively discussed by San Mart&#x000ED;n et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B36">2006</xref>) to justify the development of IRT models of ability-based guessing, and by Maris and Bechger (<xref ref-type="bibr" rid="B27">2009</xref>) to demonstrate the identifiability and interpretability issue of the 3PLM. Although von Davier (<xref ref-type="bibr" rid="B42">2009</xref>) provided a clear summary of the status quo, differences on the nature of the two processes are far from being settled.</p>
<p>The current paper focus on taking advantage of the two-process reformulation to address the item parameter estimation difficulty of the 3PLM, but the discussion on the conceptual differences is beyond its scope. Two arrangements of these processes can be identified: the g-process comes first or the way around, and thus two different versions of reformulation of the 3PLM can be developed. Interesting enough, the one proposed by Zheng et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B45">2017</xref>) corresponds to the one with the g-process coming first and B&#x000E9;guin and Glas (<xref ref-type="bibr" rid="B3">2001</xref>) proposed an ability-based reformulation for the three-parameter normal ogive model (3PNO) which coincides with the one with the p-process coming first. The two reformulations are briefly reviewed here as the starting point of the two BEMM algorithms</p>
<p>The basic formulation of the 3PLM is defined as:</p>
<disp-formula id="E2"><label>(1)</label><mml:math id="M2"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;exp</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>u</italic><sub><italic>ij</italic></sub> represents the response of examinee <italic>j</italic>(<italic>j</italic> &#x0003D; 1, 2, &#x02026;, <italic>N</italic>) on item <italic>i</italic>(<italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2, &#x02026;, <italic>n</italic>); <italic>a</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>b</italic><sub><italic>i</italic></sub>, and <italic>c</italic><sub><italic>i</italic></sub> are the discrimination, difficulty, and guessing parameters for the <italic>i</italic><sup><italic>th</italic></sup> item, respectively; &#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub> is the ability parameter of the examinee<italic>j</italic>; and <italic>D</italic> is the scaling constant, 1.702. Let &#x003BE;<sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; (<italic>a</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>b</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>c</italic><sub><italic>i</italic></sub>) represents the item parameter vector for <italic>i</italic><sup><italic>th</italic></sup> item, the function <italic>P</italic>(<italic>u</italic><sub><italic>ij</italic></sub> &#x0003D; 1|&#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub>, &#x003BE;<sub><italic>i</italic></sub>) can be abbreviated as <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>(&#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub>), which is the probability of the correct response <italic>u</italic><sub><italic>ij</italic></sub> &#x0003D; 1 to item <italic>i</italic> given &#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub>. The 3PLM can be conceived as an extension of the 2PLM with an item-specific guessing parameter:</p>
<disp-formula id="E3"><label>(2)</label><mml:math id="M3"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E4"><label>(3)</label><mml:math id="M4"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>as the 2PLM. Following B&#x000E9;guin and Glas (<xref ref-type="bibr" rid="B3">2001</xref>)&#x00027;s ability-based representation for the three-parameter normal ogive model (3PNO), the 3PLM can also be written as</p>
<disp-formula id="E5"><label>(4)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>A reformulation of the ability-based 3PLM, similar to Zheng et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B45">2017</xref>), can be derived readily. Following Culpepper (<xref ref-type="bibr" rid="B14">2015</xref>), we may introduce a latent variable <italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub> &#x02208; <bold>V</bold>, and <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:</p>
<disp-formula id="E6"><mml:math id="M7"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>if&#x000A0;examinee&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;has ability to answer item&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;correctly;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>if&#x000A0;examinee&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mtext>does not have ability to answer item&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;correctly.</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Reasonably, <italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub> follows a Bernoulli distribution with parameter <inline-formula><mml:math id="M8"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, or <inline-formula><mml:math id="M9"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. From the mixture-modeling perspective, depending on the value of <italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub>, the possibilities of 3PLM can be decomposed into two irrelevant parts: 1 and <italic>c</italic><sub><italic>i</italic></sub>.</p>
<p>Furthermore, the conditional possibilities <italic>P</italic>(<italic>u</italic><sub><italic>ij</italic></sub>|<italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub>, &#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub>, <italic><bold>&#x003BE;</bold></italic><sub><italic>i</italic></sub>) can be easily obtained as:</p>
<disp-formula id="E7"><label>(5)</label><mml:math id="M10"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By the multiplication rule, <italic>P</italic>(<italic>u</italic><sub><italic>ij</italic></sub>, <italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub>|&#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub>, &#x003BE;<sub><italic>i</italic></sub>) &#x0003D; <italic>P</italic>(<italic>u</italic><sub><italic>ij</italic></sub>|<italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub>, &#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub>, &#x003BE;<sub><italic>i</italic></sub>)<italic>P</italic>(<italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub>), the joint distribution of <italic>u</italic><sub><italic>ij</italic></sub> and <italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub> can be calculated as:</p>
<disp-formula id="E8"><label>(6)</label><mml:math id="M11"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Note that <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, so <italic>P</italic>(<italic>u</italic><sub><italic>ij</italic></sub> &#x0003D; 0, <italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub> &#x0003D; 1|&#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub>, &#x003BE;<sub><italic>i</italic></sub>) &#x0003D; 0 is actually redundant and can be omitted from the probability density function. From this distribution law of (<italic>u</italic><sub><italic>ij</italic></sub>, <italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub>) conditional on(&#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub>, <bold>&#x003BE;</bold><sub><italic>i</italic></sub>), the marginal likelihood function of the EMM is</p>
<disp-formula id="E10"><label>(7)</label><mml:math id="M14"><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>V</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow> <mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <bold>U</bold> is the <italic>n</italic> &#x000D7; <italic>N</italic> response matrix with <italic>u</italic><sub><italic>ij</italic></sub> as its elements; <bold>V</bold> is defined, with respect to <italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub>, in analogy to <bold>U</bold> and <italic>u</italic><sub><italic>ij</italic></sub>; &#x003BE; &#x0003D; (&#x003BE;<sub>1</sub>, &#x003BE;<sub>2</sub>, &#x02026;, &#x003BE;<sub><italic>i</italic></sub>, &#x02026;, &#x003BE;<sub><italic>n</italic></sub>) is the matrix for item parameters; <italic>g</italic>(&#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub>|&#x003C4;) is a density function for examinees&#x00027; ability, and <bold>&#x003C4;</bold> is the vector containing the parameters of the examinee population ability distribution.</p>
<p>Zheng et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B45">2017</xref>) proposed the EMM algorithm based on the new likelihood function derived from the reformulation with the g-process coming first (see <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix A</xref>). The EMM can solve the convergence problem of MMLE/EM in a modest sample size of about 1,000 examinees, but it cannot eliminate occasional improbably large estimates. In fact, this is still a symptom of the 3PLM being possibly unidentifiable, though much more alleviated than in the original MMLE/EM, and this can be resolved by additional prior information which leads to the Bayesian EMM algorithms.</p>
<p>Please note that B&#x000E9;guin and Glas (<xref ref-type="bibr" rid="B3">2001</xref>) did not develop an EM algorithm similar to the EMM for the 3PNO because the integral in the ogive model introduces additional difficulty for the E-step which can be conveniently addressed by a MCMC algorithm. An EM algorithm and its variants are a much more natural alternative for the 3PLM which is the main topic of the current paper.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>The Bayesian EMM Algorithms</title>
<p>Take the first reformulation as an example to illustrate how to derive the BEMM algorithm. Following Mislevy (<xref ref-type="bibr" rid="B31">1986</xref>)&#x00027;s parameterization to take logarithmic form of <italic>a</italic><sub><italic>i</italic></sub>, the 3PLM can be rewritten as:</p>
<disp-formula id="E11"><label>(8)</label><mml:math id="M15"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E12"><label>(9)</label><mml:math id="M16"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Mislevy (<xref ref-type="bibr" rid="B31">1986</xref>) also has given a general Bayesian formulation for the 3PLM which we may apply to the BEMM as well. Let &#x003C8;<sub><italic>i</italic></sub> represents any item parameter for item <italic>i</italic> in <italic><bold>&#x003BE;</bold></italic><sub><italic>i</italic></sub>, and then the first derivative of the general Bayesian formulation for each item parameter can be obtained as:</p>
<disp-formula id="E13"><label>(10)</label><mml:math id="M17"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E15"><label>(11)</label><mml:math id="M19"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>V</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo> <mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow> </mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow> <mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>L</italic> is the likelihood of the EMM (Equation 7) with the logarithmic form of <italic>a</italic><sub><italic>i</italic></sub>, and <italic>g</italic>(&#x003C8;<sub><italic>i</italic></sub>|&#x003B7;) is the item parameter prior distribution for item <italic>i</italic>. Mislevy (<xref ref-type="bibr" rid="B31">1986</xref>) suggested that ln <italic>a</italic><sub><italic>i</italic></sub> and <italic>b</italic><sub><italic>i</italic></sub> follow a normal distribution and <italic>c</italic><sub><italic>i</italic></sub> a beta distribution, specifically,</p>
<disp-formula id="E16"><label>(12)</label><mml:math id="M20"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>in which <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>and&#x000A0;</mml:mtext></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the means and variances for the corresponding normal distribution and &#x003B1;<sub><italic>i</italic></sub>, &#x003B2;<sub><italic>i</italic></sub> are the parameters for the beta distribution for the guessing parameter. They may be specified as in the BILOG-MG default setting (Du Toit, <xref ref-type="bibr" rid="B16">2003</xref>):</p>
<disp-formula id="E17"><label>(13)</label><mml:math id="M22"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The first and second derivatives for the three priors are given by Mislevy (<xref ref-type="bibr" rid="B31">1986</xref>) as:</p>
<disp-formula id="E51"><label>(14)</label><mml:math id="M100"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>ln&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>With the prior distribution component explained, the next will describe the Bayesian EMM method in which the likelihood component will be carefully delineated.</p>
<sec>
<title>Expectation Step and Artificial Data</title>
<p>The expectation step boils down to the calculation of the conditional expectations of <bold>V</bold> and &#x003B8;. From the joint distribution in Equation (5), one can calculate the expectation of <italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub> conditional on <italic>u</italic><sub><italic>ij</italic></sub> and the marginal distribution of <italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub>. By the Bayesian rule,</p>
<disp-formula id="E19"><label>(15)</label><mml:math id="M24"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>can be yielded from Equations (5, 6). Then, the conditional expectation of <italic>v</italic><sub><italic>ij</italic></sub> is</p>
<disp-formula id="E20"><label>(16)</label><mml:math id="M25"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>As for <bold>&#x003B8;</bold>, by using summation over a fixed grid of equally-spaced quadrature points <italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub> (<italic>k</italic> &#x0003D; 1, 2, &#x02026;, <italic>q</italic>) with an associated weight <italic>A</italic>(<italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub>) to approximate integration, one can have the quadrature form of the first derivative of the expected log-likelihood function for each item parameter (see <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix B</xref> for detail):</p>
<disp-formula id="E21"><label>(17)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E22"><label>(18)</label><mml:math id="M27"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>=</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>P</italic>(<italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub>|<bold>u</bold><sub><italic>j</italic></sub>, <bold>v</bold><sub><italic>j</italic></sub>, <bold>&#x003C4;</bold>, <bold>&#x003BE;</bold>) is the posterior probability of &#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub> evaluated at <italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub> given <bold>u</bold><sub><italic>j</italic></sub>, <bold>v</bold><sub><italic>j</italic></sub>, <bold>&#x003C4;</bold>, and <bold>&#x003BE;</bold>. Then, <italic>P</italic>(<italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub>|<bold>u</bold><sub><italic>j</italic></sub>, <bold>v</bold><sub><italic>j</italic></sub>, <bold>&#x003C4;</bold>, <bold>&#x003BE;</bold>) equals <italic>P</italic>(<italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub>|<bold>u</bold><sub><italic>j</italic></sub>, <bold>&#x003C4;</bold>, <bold>&#x003BE;</bold>) because <inline-formula><mml:math id="M28"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Furthermore, <italic>P</italic>(<italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub>|<bold>u</bold><sub><italic>j</italic></sub>, <bold>v</bold><sub><italic>j</italic></sub>, <bold>&#x003C4;</bold>, <bold>&#x003BE;</bold>) can be used to compute the &#x0201C;artificial data&#x0201D;. The &#x0201C;artificial data&#x0201D; is essentially various expected frequencies of examinees under the posterior probability of &#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub> and can be expressed as different linear combinations of the posterior probability of &#x003B8;<sub><italic>j</italic></sub>. Since it is &#x0201C;created&#x0201D; from the posterior probability, the IRT literature terms them as the &#x0201C;artificial data&#x0201D;. For instance, Bock and Aitkin (<xref ref-type="bibr" rid="B5">1981</xref>) has provided two fundamental artificial data for traditional EM algorithm as:</p>
<disp-formula id="E23"><label>(19)</label><mml:math id="M29"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>in which <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the expected number of examinees with ability <italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub>. Thus, the sum of <inline-formula><mml:math id="M31"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for every ability point <italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub> equals the total number of examinees <italic>N</italic>, and <inline-formula><mml:math id="M32"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the expected number of examinees with ability <italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub> answering item <italic>i</italic> correctly.</p>
<p>Then, as can be seen from <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>, the EMM algorithm introduced a new latent variable <bold>V</bold>, so there are two new artificial data as</p>
<disp-formula id="E24"><label>(20)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>in which <inline-formula><mml:math id="M34"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the expected number of examinees with ability <italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub> who have employed their ability to answer item <italic>i</italic> and <inline-formula><mml:math id="M35"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the expected number of examinees with ability <italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub> who are able to answer it correctly. Please note that the expected number of examinees with ability <italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub> who have answered the item <italic>i</italic> based on their ability but incorrectly is zero, so <inline-formula><mml:math id="M36"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Moreover, it is easy to obtain the expected number of examinees with ability <italic>X</italic><sub><italic>k</italic></sub> who have not employed their ability (in another words, used the guessing strategy) to answer item <italic>i</italic>, <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and that of examinees among them who are able to answer it correctly, <inline-formula><mml:math id="M38"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>.</p>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>The definition of four kinds of artificial data.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead>
<tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Item <italic>i</italic></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><bold>v<sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; 1</bold></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><bold>v<sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; 0</bold></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Marginal of <bold>v</bold><sub><bold><italic>i</italic></bold></sub></bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><bold>u</bold><sub><italic>i</italic></sub>=1</td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M48"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M49"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M50"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><bold>u</bold><sub><italic>i</italic></sub>=0</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M51"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td/>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">Marginal of <bold>u</bold><sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M52"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M53"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M54"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<p><italic>Artificial data: The expected number of examinees</italic>.</p>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p>After the E-step and calculation of the artificial data, the next steps are to compute the first and second derivatives of Equation (17) with respect to each item parameter.</p>
</sec>
<sec>
<title>Maximization Step-1 for <italic>c</italic> Parameter</title>
<p>From Equation (17), the first derivative for the guessing parameter is</p>
<disp-formula id="E25"><label>(21)</label><mml:math id="M39"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Set Equation (21) to 0 and solve for the estimate of <italic>c</italic><sub><italic>i</italic></sub> which leads to a closed solution. The derivation is as follows:</p>
<disp-formula id="E26"><label>(22)</label><mml:math id="M40"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>&#x021D2;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>&#x021D2;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The estimate for the guessing parameter is contributed by two components: the prior and the data. The magnitude of the prior parameters &#x003B1;<sub><italic>i</italic></sub> and &#x003B2;<sub><italic>i</italic></sub> determines the influence of the prior through the two terms (&#x003B1;<sub><italic>i</italic></sub> &#x02212; 1) and (&#x003B2;<sub><italic>i</italic></sub> &#x02212; 1). By ignoring the prior terms (&#x003B1;<sub><italic>i</italic></sub> &#x02212; 1) and (&#x003B2;<sub><italic>i</italic></sub> &#x02212; 1), the data component of the estimate offers a very intuitive interpretation of the guessing parameter: It is calculated as the proportion of examinees who answer item <italic>i</italic> correctly using the guessing strategy in the total sample. This interpretation nicely fits into general philosophy of mixture modeling, drastically different from the traditional interpretation which is defined as the lower bound for the probability with which an examinee answers an item correctly.</p>
<p>Since an analytical solution can be easily obtained, the calculation of the corresponding second derivative and implementation of Newton-Raphson or Fisher-scoring algorithm, as in the traditional EM algorithm, are unnecessary. However, the second derivative is still useful for estimating SEs and is given below:</p>
<disp-formula id="E27"><label>(23)</label><mml:math id="M41"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>since</p>
<disp-formula id="E28"><label>(24)</label><mml:math id="M42"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E29"><label>(25)</label><mml:math id="M43"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003C4;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>Maximization Step-2 for <italic>a</italic> and <italic>b</italic> Parameters</title>
<p>The second Maximization step is to execute the Fisher-scoring procedure to obtain estimates forln <italic>a</italic><sub><italic>i</italic></sub> and <italic>b</italic><sub><italic>i</italic></sub>. The required first derivatives for ln <italic>a</italic><sub><italic>i</italic></sub> and <italic>b</italic><sub><italic>i</italic></sub> are</p>
<disp-formula id="E30"><label>(26)</label><mml:math id="M44"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The corresponding expectation of second derivatives are:</p>
<disp-formula id="E31"><label>(27)</label><mml:math id="M45"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E32"><label>(28)</label><mml:math id="M46"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which lead to the Fisher-scoring algorithm for the BEMM:</p>
<disp-formula id="E33"><label>(29)</label><mml:math id="M47"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In this case, the estimation of the <italic>c</italic> parameter is separated from that of <italic>a</italic> and b, so the BEMM has a simplified 2-by-2 Hessian matrix (negative information matrix) in the iteration formulation.</p>
<p>To summarize, the flow chart of the BEMM has been given in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>The flow chart of the BEMM.</p></caption>
<graphic xlink:href="fpsyg-10-01175-g0001.tif"/>
</fig>
<p>The same line of reasoning can be used to develop a BEMM for the second reformulation and the details are presented in <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix A</xref>.</p>
</sec>
<sec>
<title>Standard Errors (SEs) of Parameter Estimation</title>
<p>Both the BEMM and the Bayesian EM are members of the EM family and it is well recognized that one drawback of the EM algorithms is that estimation SEs are not the natural products of their implementation, so we still need a practical method to obtain SEs (McLachlan and Krishnan, <xref ref-type="bibr" rid="B29">2007</xref>). In detail, SEs can be calculated via the Fisher information matrix (Thissen and Wainer, <xref ref-type="bibr" rid="B40">1982</xref>), empirical cross-product approximation (Jones and Geoffrey, <xref ref-type="bibr" rid="B22">1992</xref>), the supplemented EM (SEM) method (Meng and Rubin, <xref ref-type="bibr" rid="B30">1991</xref>; Cai, <xref ref-type="bibr" rid="B8">2008</xref>), the forward difference method and the Richardson extrapolation method (Jamshidian and Jennrich, <xref ref-type="bibr" rid="B21">2000</xref>), or sandwich covariance matrix (Kauermann and Carroll, <xref ref-type="bibr" rid="B23">2001</xref>). Recently, the SEM method has been extended to various IRT models (Cai, <xref ref-type="bibr" rid="B8">2008</xref>; Cai and Lee, <xref ref-type="bibr" rid="B9">2009</xref>; Tian et al., <xref ref-type="bibr" rid="B41">2013</xref>) and proved to flexible enough to handle complex models in IRT. The current study, therefore, will focus on how to apply the SEM to the BEMM.</p>
<p>Cai and Lee (<xref ref-type="bibr" rid="B9">2009</xref>) has given a general SEM formulation for the large-sample covariance matrix as:</p>
<disp-formula id="E34"><label>(30)</label><mml:math id="M55"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M56"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the inverse of item information matrix, <italic>E</italic><sub><italic>d</italic></sub> is the identity matrix with 3 dimensions, and <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be calculated from the Fisher-scoring execution. Please note that from Equation (10), in Bayesian approach (both Bayesian EM and Bayesian EMM), <inline-formula><mml:math id="M58"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> involves not only the likelihood component but also the prior component. Refer to Cai and Lee (<xref ref-type="bibr" rid="B9">2009</xref>) for additional details. It is worth noting that the likelihood function for the BEMM algorithms are different the one for the 3PLM due to mixture modeling reformulation, so the SEs for the BEMM are different from those for the BME.</p>
<p>Firstly, the item information matrix of the BEMM can be obtained from Equations (23, 27) as:</p>
<disp-formula id="E35"><label>(31)</label><mml:math id="M59"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Then, the &#x00394; matrix was also simplified due to the covariance between <italic>c</italic> and (<italic>a, b</italic>) equaling 0:</p>
<disp-formula id="E36"><label>(32)</label><mml:math id="M60"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>=</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Finally, SEs of the Bayesian EMM can be obtained from:</p>
<disp-formula id="E37"><label>(33)</label><mml:math id="M61"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0200A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold-italic"><mml:mo>&#x003BE;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Obviously, the covariance elements between the guessing parameter and other two parameters are not zero in the traditional MLE/EM and BEM, but due to the setup of two maximization steps in EMM, these elements can be legitimately set to zero. The zero covariance removes undesirable fluctuation in the item parameter estimation and thus makes the estimated SEs smaller than the counterparts, especially the guessing parameter, than in the Bayesian EM.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>Simulation Study</title>
<p>The simulation study intends to demonstrate how different priors impact the Bayesian EMM algorithms, and compares it with the Bayesian EM in BILOG-MG under two different priors for <italic>c</italic> parameters. One prior in this study comes from BILOG-MG default setting, <italic>c</italic> &#x0007E; <italic>Beta</italic>(4, 16) with &#x003BC; &#x0003D; 0.2, &#x003C3;<sup>2</sup> &#x0003D; 0.008, the other is a more non-informative prior from the flexMIRT (Houts and Cai, <xref ref-type="bibr" rid="B19">2015</xref>) default setting, <italic>c</italic> &#x0007E; <italic>Beta</italic>(1, 4) with &#x003BC; &#x0003D; 0.2, &#x003C3;<sup>2</sup> &#x0003D; 0.027.</p>
<p>To implement these algorithms, we developed a MATLAB toolbox, IRTEMM, to obtain the BEMM estimates. IRTEMM also offers several different options for estimating SEs including SEM.</p>
<sec>
<title>Data Generation</title>
<p>Following Mislevy (<xref ref-type="bibr" rid="B31">1986</xref>)&#x00027;s setting for data generation, the current study simulated the item parameters <italic>a, b, c</italic> for 10 and 20 items from an independent normal distribution follows ln <italic>a</italic> &#x0007E; <italic>N</italic>(0, 0.5) where (0.3 &#x02264; <italic>a</italic> &#x02264; 2.5); <italic>b</italic> &#x0007E; <italic>N</italic>(0, 1)where (&#x02212;3 &#x02264; <italic>b</italic> &#x02264; 3); andlogit <italic>c</italic> &#x0007E; <italic>N</italic>(&#x02212;1.39, 0.16). Three sample sizes of examinees (1,000, 1,500 and 2,000) were simulated from the standard normal distribution. For each condition, we ran 50 replications for each condition in the fully crossed 4 (two BEMM methods vs. two BILOG-MG methods) &#x000D7; 3(1,000 vs. 1,500 vs. 2,000) &#x000D7; 2(10 vs. 20) design.</p>
</sec>
<sec>
<title>Evaluation Criteria</title>
<p>The evaluation criteria for item parameter recovery are bias and the root mean squared error (RMSE), which are calculated as:</p>
<disp-formula id="E38"><mml:math id="M62"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Due to space constraint, the complete results have been summarized in <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix C</xref> and only that for the condition of 1,000 examinees and 20 items here will be shown here since the others conditions presented a very similar pattern.</p>
</sec>
<sec>
<title>Results</title>
<p>As can be seen from <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>: The biases across the four conditions for <italic>a</italic> and <italic>b</italic> parameters seem very similar, but for <italic>c</italic> parameters, these biases are highly influenced by priors. Both the absolute values of biases from the Bayesian EMM for <italic>c</italic> parameters are smaller than the Bayesian EM in BILOG-MG when changing priors. A more intuitive conclusion can be drawn from <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>: The RMSEs of <italic>c</italic> parameters from the right plot shows the Bayesian EMM has lower RMSE than the Bayesian EM in BILOG-MG. Furthermore, the difference of RMSEs produced by the Bayesian EMM between two prior conditions are much smaller than the Bayesian EM, which means the Bayesian EMM tends to be less affected by priors and yields more stable estimates than the Bayesian EM.</p>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>The Biases for item parameter estimates with 1000 examinees and 20 items.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Item</bold></th>
<th valign="top" align="center" style="border-bottom: thin solid #000000;" colspan="3"><bold>Generating</bold></th>
<th valign="top" align="center" style="border-bottom: thin solid #000000;" colspan="4"><bold>Biases for</bold> <italic><bold>a</bold></italic></th>
<th valign="top" align="center" style="border-bottom: thin solid #000000;" colspan="4"><bold>Biases for</bold> <italic><bold>b</bold></italic></th>
<th valign="top" align="center" style="border-bottom: thin solid #000000;" colspan="4"><bold>Biases for</bold> <italic><bold>c</bold></italic></th>
</tr>
<tr>
<th/>
<th style="border-bottom: thin solid #000000;"/>
<th valign="top" align="center" style="border-bottom: thin solid #000000;" colspan="2"><bold>Bayesian EMM</bold></th>
<th valign="top" align="center" style="border-bottom: thin solid #000000;" colspan="2"><bold>BILOG-MG</bold></th>
<th valign="top" align="center" style="border-bottom: thin solid #000000;" colspan="2"><bold>Bayesian EMM</bold></th>
<th valign="top" align="center" style="border-bottom: thin solid #000000;" colspan="2"><bold>BILOG-MG</bold></th>
<th valign="top" align="center" style="border-bottom: thin solid #000000;" colspan="2"><bold>Bayesian EMM</bold></th>
<th valign="top" align="center" style="border-bottom: thin solid #000000;" colspan="2"><bold>BILOG-MG</bold></th>
<th style="border-bottom: thin solid #000000;"/>
<th style="border-bottom: thin solid #000000;"/>
</tr>
<tr>
<th/>
<th valign="top" align="left"><bold><italic>a</italic></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>b</italic></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>c</italic></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Beta</italic>(4, 16)</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Beta</italic>(1, 4)</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Beta</italic>(4, 16)</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Beta</italic>(1, 4)</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Beta</italic>(4, 16)</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Beta</italic>(1, 4)</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Beta</italic>(4, 16)</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Beta</italic>(1, 4)</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Beta</italic>(4, 16)</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Beta</italic>(1, 4)</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Beta</italic>(4, 16)</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>Beta</italic>(1, 4)</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">1</td>
<td valign="top" align="left">1.547</td>
<td valign="top" align="center">0.540</td>
<td valign="top" align="center">0.292</td>
<td valign="top" align="center">0.051</td>
<td valign="top" align="center">0.092</td>
<td valign="top" align="center">0.051</td>
<td valign="top" align="center">0.089</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.044</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.033</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.026</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.012</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.019</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.012</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.015</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.008</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">2</td>
<td valign="top" align="left">0.605</td>
<td valign="top" align="center">0.705</td>
<td valign="top" align="center">0.182</td>
<td valign="top" align="center">0.089</td>
<td valign="top" align="center">0.074</td>
<td valign="top" align="center">0.120</td>
<td valign="top" align="center">0.128</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.017</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.055</td>
<td valign="top" align="center">0.045</td>
<td valign="top" align="center">0.041</td>
<td valign="top" align="center">0.009</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.005</td>
<td valign="top" align="center">0.028</td>
<td valign="top" align="center">0.026</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">3</td>
<td valign="top" align="left">0.692</td>
<td valign="top" align="center">0.592</td>
<td valign="top" align="center">0.143</td>
<td valign="top" align="center">0.113</td>
<td valign="top" align="center">0.081</td>
<td valign="top" align="center">0.135</td>
<td valign="top" align="center">0.117</td>
<td valign="top" align="center">0.036</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.015</td>
<td valign="top" align="center">0.077</td>
<td valign="top" align="center">0.045</td>
<td valign="top" align="center">0.023</td>
<td valign="top" align="center">0.003</td>
<td valign="top" align="center">0.036</td>
<td valign="top" align="center">0.023</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">4</td>
<td valign="top" align="left">0.958</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.160</td>
<td valign="top" align="center">0.216</td>
<td valign="top" align="center">0.044</td>
<td valign="top" align="center">0.043</td>
<td valign="top" align="center">0.068</td>
<td valign="top" align="center">0.086</td>
<td valign="top" align="center">0.002</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.012</td>
<td valign="top" align="center">0.042</td>
<td valign="top" align="center">0.051</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.012</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.019</td>
<td valign="top" align="center">0.004</td>
<td valign="top" align="center">0.007</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">5</td>
<td valign="top" align="left">0.581</td>
<td valign="top" align="center">0.393</td>
<td valign="top" align="center">0.189</td>
<td valign="top" align="center">0.089</td>
<td valign="top" align="center">0.082</td>
<td valign="top" align="center">0.127</td>
<td valign="top" align="center">0.148</td>
<td valign="top" align="center">0.016</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.018</td>
<td valign="top" align="center">0.096</td>
<td valign="top" align="center">0.110</td>
<td valign="top" align="center">0.011</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.001</td>
<td valign="top" align="center">0.035</td>
<td valign="top" align="center">0.040</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">6</td>
<td valign="top" align="left">1.477</td>
<td valign="top" align="center">0.909</td>
<td valign="top" align="center">0.151</td>
<td valign="top" align="center">0.131</td>
<td valign="top" align="center">0.101</td>
<td valign="top" align="center">0.144</td>
<td valign="top" align="center">0.121</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.045</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.053</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.028</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.035</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.002</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.007</td>
<td valign="top" align="center">0.001</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.003</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">7</td>
<td valign="top" align="left">1.076</td>
<td valign="top" align="center">1.634</td>
<td valign="top" align="center">0.232</td>
<td valign="top" align="center">0.040</td>
<td valign="top" align="center">0.039</td>
<td valign="top" align="center">0.055</td>
<td valign="top" align="center">0.062</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.132</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.133</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.109</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.111</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.018</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.019</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.014</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.014</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">8</td>
<td valign="top" align="left">1.548</td>
<td valign="top" align="center">2.107</td>
<td valign="top" align="center">0.106</td>
<td valign="top" align="center">0.018</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.028</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.008</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.028</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.121</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.116</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.098</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.099</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.002</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.005</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.001</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.004</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">9</td>
<td valign="top" align="left">0.911</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.791</td>
<td valign="top" align="center">0.189</td>
<td valign="top" align="center">0.061</td>
<td valign="top" align="center">0.050</td>
<td valign="top" align="center">0.079</td>
<td valign="top" align="center">0.098</td>
<td valign="top" align="center">0.058</td>
<td valign="top" align="center">0.027</td>
<td valign="top" align="center">0.098</td>
<td valign="top" align="center">0.106</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.006</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.024</td>
<td valign="top" align="center">0.014</td>
<td valign="top" align="center">0.014</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">10</td>
<td valign="top" align="left">0.480</td>
<td valign="top" align="center">0.064</td>
<td valign="top" align="center">0.123</td>
<td valign="top" align="center">0.107</td>
<td valign="top" align="center">0.096</td>
<td valign="top" align="center">0.142</td>
<td valign="top" align="center">0.165</td>
<td valign="top" align="center">0.227</td>
<td valign="top" align="center">0.178</td>
<td valign="top" align="center">0.329</td>
<td valign="top" align="center">0.351</td>
<td valign="top" align="center">0.068</td>
<td valign="top" align="center">0.051</td>
<td valign="top" align="center">0.098</td>
<td valign="top" align="center">0.104</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">11</td>
<td valign="top" align="left">0.480</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.547</td>
<td valign="top" align="center">0.195</td>
<td valign="top" align="center">0.071</td>
<td valign="top" align="center">0.065</td>
<td valign="top" align="center">0.090</td>
<td valign="top" align="center">0.144</td>
<td valign="top" align="center">0.055</td>
<td valign="top" align="center">0.015</td>
<td valign="top" align="center">0.153</td>
<td valign="top" align="center">0.331</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.002</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.016</td>
<td valign="top" align="center">0.029</td>
<td valign="top" align="center">0.081</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">12</td>
<td valign="top" align="left">0.509</td>
<td valign="top" align="center">1.533</td>
<td valign="top" align="center">0.126</td>
<td valign="top" align="center">0.182</td>
<td valign="top" align="center">0.148</td>
<td valign="top" align="center">0.207</td>
<td valign="top" align="center">0.192</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.042</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.077</td>
<td valign="top" align="center">0.002</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.017</td>
<td valign="top" align="center">0.042</td>
<td valign="top" align="center">0.026</td>
<td valign="top" align="center">0.053</td>
<td valign="top" align="center">0.045</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">13</td>
<td valign="top" align="left">2.081</td>
<td valign="top" align="center">0.886</td>
<td valign="top" align="center">0.122</td>
<td valign="top" align="center">0.093</td>
<td valign="top" align="center">0.042</td>
<td valign="top" align="center">0.093</td>
<td valign="top" align="center">0.054</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.036</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.044</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.020</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.027</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.001</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.006</td>
<td valign="top" align="center">0.001</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.003</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">14</td>
<td valign="top" align="left">2.234</td>
<td valign="top" align="center">1.458</td>
<td valign="top" align="center">0.198</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.269</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.276</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.336</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.335</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.057</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.057</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.040</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.042</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.005</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.006</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.004</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.005</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">15</td>
<td valign="top" align="left">0.651</td>
<td valign="top" align="center">0.229</td>
<td valign="top" align="center">0.294</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.020</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.017</td>
<td valign="top" align="center">0.036</td>
<td valign="top" align="center">0.107</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.246</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.254</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.107</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.001</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.082</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.085</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.039</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.006</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">16</td>
<td valign="top" align="left">0.872</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.539</td>
<td valign="top" align="center">0.075</td>
<td valign="top" align="center">0.143</td>
<td valign="top" align="center">0.112</td>
<td valign="top" align="center">0.161</td>
<td valign="top" align="center">0.140</td>
<td valign="top" align="center">0.203</td>
<td valign="top" align="center">0.146</td>
<td valign="top" align="center">0.237</td>
<td valign="top" align="center">0.190</td>
<td valign="top" align="center">0.082</td>
<td valign="top" align="center">0.050</td>
<td valign="top" align="center">0.098</td>
<td valign="top" align="center">0.070</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">17</td>
<td valign="top" align="left">0.532</td>
<td valign="top" align="center">0.152</td>
<td valign="top" align="center">0.128</td>
<td valign="top" align="center">0.122</td>
<td valign="top" align="center">0.104</td>
<td valign="top" align="center">0.152</td>
<td valign="top" align="center">0.157</td>
<td valign="top" align="center">0.148</td>
<td valign="top" align="center">0.089</td>
<td valign="top" align="center">0.221</td>
<td valign="top" align="center">0.207</td>
<td valign="top" align="center">0.049</td>
<td valign="top" align="center">0.027</td>
<td valign="top" align="center">0.072</td>
<td valign="top" align="center">0.066</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">18</td>
<td valign="top" align="left">1.319</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.277</td>
<td valign="top" align="center">0.310</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.105</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.080</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.068</td>
<td valign="top" align="center">0.002</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.119</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.106</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.076</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.024</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.084</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.077</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.063</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.039</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">19</td>
<td valign="top" align="left">1.141</td>
<td valign="top" align="center">0.558</td>
<td valign="top" align="center">0.227</td>
<td valign="top" align="center">0.062</td>
<td valign="top" align="center">0.063</td>
<td valign="top" align="center">0.081</td>
<td valign="top" align="center">0.092</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.048</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.054</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.024</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.023</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.017</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.019</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.010</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.009</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">20</td>
<td valign="top" align="left">0.666</td>
<td valign="top" align="center">1.510</td>
<td valign="top" align="center">0.233</td>
<td valign="top" align="center">0.133</td>
<td valign="top" align="center">0.137</td>
<td valign="top" align="center">0.173</td>
<td valign="top" align="center">0.195</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.123</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.130</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.078</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.074</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.003</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.005</td>
<td valign="top" align="center">0.009</td>
<td valign="top" align="center">0.013</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>The RMSEs for 1000 examinees with 20 items.</p></caption>
<graphic xlink:href="fpsyg-10-01175-g0002.tif"/>
</fig>
<p>With the increasing of examinees from 1,000 to 2,000, the item parameter recovery of the Bayesian EMM and the Bayesian EM in BILOG-MG is obviously improved, and the difference between two priors for both methods is also decreased. However, some relatively large biases and RMSEs of the Bayesian EM still exist due to changing priors even in the largest sample size of the current study (e.g., 2,000 examinees and 20 items), while those from the Bayesian EMM are more stable (see <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix C</xref> for details). In addition, the increase of the item number from 10 to 20 has no obvious influence for majority of item parameters.</p>
<p>Thus, it can be concluded that the Bayesian EMM inherits the advantages of both the EMM and the Bayesian method, and yields better estimates than the Bayesian EM. In other words, the Bayesian EMM has the most stable solutions among the two methods.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>Two Empirical Examples</title>
<p>Two empirical examples of different sample sizes and item numbers are given here to demonstrate feasibility of the BEMM in practice: The first dataset represents a case where the numbers of items and examinees are relatively large while the other small. The estimates of the BEMM and the EMM can be obtained from the MATLAB toolbox, IRTEMM. As for the Bayesian EM, in addition to BILOG-MG, we also use two of the most recent IRT programs flexMIRT (Houts and Cai, <xref ref-type="bibr" rid="B19">2015</xref>) and IRTPRO (Cai et al., <xref ref-type="bibr" rid="B10">2011</xref>) to carry out a cross-implementation validation. The complete results of two examples are summarized in the tables and figures in <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix D</xref>. Only two figures (<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> for flexMIRT data and <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> for IRTPRO data) are presented here to compare with the results of the BEMM and BILOG-MG analyses.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Item parameter calibration for flexMIRT data.</p></caption>
<graphic xlink:href="fpsyg-10-01175-g0003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Item parameter calibration for IRTPRO data.</p></caption>
<graphic xlink:href="fpsyg-10-01175-g0004.tif"/>
</fig>
<sec>
<title>The Dataset From flexMIRT</title>
<p>The first dataset is the flexMIRT example &#x0201C;g341-19.txt,&#x0201D; which consists of the responses to 12 items from 2,844 examinees. This example aimed at demonstrating whether the BEMM is more robust against the differential effects of priors than the Bayesian EM. The default settings for guessing priors in BILOG-MG and flexMIRT [<italic>c</italic> &#x0007E; <italic>Beta</italic> (4,16) vs. <italic>c</italic> &#x0007E; <italic>Beta</italic> (1,4)] have been applied to the BEMM and both software implementations.</p>
<p>The results are presented in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. The estimates for both <italic>a</italic> and <italic>b</italic> parameters are in each other&#x00027;s proximity for all different implementations. The estimates for <italic>c</italic> parameters present non-negligible divergence for different guessing priors for the BILOG-MG and flexMIRT: the estimates of these implementations cluster in two groups based on the guessing prior setting. The BEMM, in contrast, produced almost identical estimates under different prior setting. This cross-software validation shows that (1) the divergence in point estimates is possibly inherent in the Bayesian EM algorithm, but not due to different software executions; (2) the BEMM algorithm can provide stable point estimates that are robust against change in priors; and (3) correspondingly, there is noticeable difference in SEs for different priors for BILOG-MG and flexMIRT while there is no such difference for the BEMM.</p>
</sec>
<sec>
<title>The Dataset From IRTPRO</title>
<p>The dataset of the second example is from the IRTPRO example &#x0201C;lsat6.csv,&#x0201D; which consists of responses to 5 items from 1,000 examinees. The dataset originally came from the Law School Admissions Test Section 6 (LSAT6) and has been widely used as an example in the item response theory (Bock and Lieberman, <xref ref-type="bibr" rid="B6">1970</xref>; McDonald, <xref ref-type="bibr" rid="B28">1999</xref>; Du Toit, <xref ref-type="bibr" rid="B16">2003</xref>; Chalmers, <xref ref-type="bibr" rid="B12">2012</xref>). More importantly, this dataset presents a case with realistically small number of examinees in educational testing scenarios and Bayesian EMM&#x00027;s performance with this dataset testify its applicability in practice. Following the IRTPRO default setting, the priors for the <italic>a</italic> and <italic>b</italic> parameters as: ln <italic>a</italic> &#x0007E; <italic>N</italic>(0, 1) and <italic>b</italic> &#x0007E; <italic>N</italic>(0, 3).</p>
<p><xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> shows that, all of the item point estimates for <italic>a</italic> and <italic>b</italic> parameters among seven conditions which are very similar and relatively low (0.40 &#x02264; <italic>a</italic> &#x02264; 0.77; &#x02212;3.18 &#x02264; <italic>b</italic> &#x02264; 0.37). In this adverse situation, the <italic>c</italic> parameters estimated by the Bayesian EM are obviously unstable and they are highly affected by priors. However, the Bayesian EMM estimates under two priors are comparatively accordant and very close to the MLE solutions. As regards SEs, the four lines of BILOG-MG and IRTPRO can be divided into two groups according to their priors, while there is no obvious difference in both results of the Bayesian EMM.</p>
<p>To summarize, these two examples illustrate that the Bayesian EMM was less affected by priors since they take the full advantage of the EMM and the Bayesian method.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<title>Discussion and Future Directions</title>
<p>Based on the results of the simulation study and real-world examples, the conclusions can be summarized as follows: (1) the BEMM can yield at least comparable or even better item estimates than the Bayesian EM; (2) the BEMM is less sensitive to change in item priors than the Bayesian EM, despite of the implementations; both point estimates and SEs, especially for the guessing parameters, are subjected to less fluctuation than BILOG-MG, flexMIRT and IRTPRO when different priors are used.</p>
<p>Obviously, the BEMM takes full advantage of the EMM and the Bayesian approach. On the one hand, the EMM itself is a more powerful MMLE method than the EM, so the BEMM can explore the likelihood function as thoroughly as the EMM before turning to priors to &#x0201C;shrink&#x0201D; the estimates; on the other hand, the Bayesian approach can naturally be used to solve the issue of estimate inflation for some troublesome items even when the EMM cannot produce reasonable MLE estimates. The simulation study and the two real dataset examples are of limited scopes, so the conclusions based on their results should be interpreted with caution. It is not the intent of this paper to advocate for the elimination of the usage of other methods. The BEMM can be used to check with the Bayesian EM in the IRT programs in practice. Due to the high complexity in real-world 3PLM data, a combination of the Bayesian EM in different implementations, the BEMM and even the naked MLE solution, the EMM, might lead to a more sophisticated and nuanced understanding of data.</p>
<p>Several questions deserve further attention. Firstly, the BEMM can be readily extended to other IRT models with guessing effect. A case in point is the IRT model with covariates model (Tay et al., <xref ref-type="bibr" rid="B39">2013</xref>). According to Tay et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B38">2016</xref>), it needs at least a sample of 20,000 examinees to fit a 3PLM with covariates successfully. In this case, the BEMM may offer a better alternative to reducing the required sample sizes for the 3PLM with covariates.</p>
<p>Secondly, the mixture modeling approach and the BEMM can be naturally accommodated for the 4PLM (Barton and Lord, <xref ref-type="bibr" rid="B2">1981</xref>). There is a renewed interest in the 4PLM (Rulison and Loken, <xref ref-type="bibr" rid="B34">2009</xref>; Loken and Rulison, <xref ref-type="bibr" rid="B25">2010</xref>; Liao et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2012</xref>; Ogasawara, <xref ref-type="bibr" rid="B32">2012</xref>; Feuerstahler and Waller, <xref ref-type="bibr" rid="B17">2014</xref>; Culpepper, <xref ref-type="bibr" rid="B14">2015</xref>) for its usefulness in achievement test and psychological datasets. But, the estimation challenge posed by the 4PLM is greater than the 3PLM due to the additional slipping parameter in the model (Loken and Rulison, <xref ref-type="bibr" rid="B25">2010</xref>; Culpepper, <xref ref-type="bibr" rid="B14">2015</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B15">2017</xref>; Waller and Feuerstahler, <xref ref-type="bibr" rid="B43">2017</xref>). Adaption of the BEMM for the 4PLM is a promising direction.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>SG: software and implementation, mathematical derivation, simulation studies and examples, responding, writing&#x02014;revision, writing&#x02014;review, editing, methodology, data curation, and validation. CZ: formal analysis, methodology, conceptualization, funding acquisition, investigation, software, project administration, resources, supervision, writing&#x02014;original draft, writing&#x02014;review, and editing.</p>
<sec>
<title>Conflict of Interest Statement</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="supplementary-material" id="s8">
<title>Supplementary Material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2019.01175/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2019.01175/full#supplementary-material</ext-link></p>
<supplementary-material xlink:href="Table_1.DOCX" id="SM1" mimetype="application/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.document" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baker</surname> <given-names>F. B.</given-names></name> <name><surname>Kim</surname> <given-names>S.-H.</given-names></name></person-group> (<year>2004</year>). <source>Item Response Theory: Parameter Estimation Techniques, 2nd Edn</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>CRC Press</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Barton</surname> <given-names>M. A.</given-names></name> <name><surname>Lord</surname> <given-names>F. M.</given-names></name></person-group> (<year>1981</year>). <article-title>An upper asymptote for the three-parameter logistic item response model</article-title>. <source>ETS Res. Rep. Ser.</source> <volume>1981</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/j.2333-8504.1981.tb01255.x</pub-id></citation></ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>B&#x000E9;guin</surname> <given-names>A. A.</given-names></name> <name><surname>Glas</surname> <given-names>C. A. W.</given-names></name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>MCMC estimation and some model-fit analysis of multidimensional IRT models</article-title>. <source>Psychometrika</source> <volume>66</volume>, <fpage>541</fpage>&#x02013;<lpage>561</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF02296195</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Birnbaum</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>1968</year>). <article-title>Some latent trait models and their use in inferring an examinee&#x00027;s ability</article-title>, in <source>Statistical Theories of Mental Test Scores</source>, eds <person-group person-group-type="editor"><name><surname>Lord</surname> <given-names>F. M.</given-names></name> <name><surname>Novick</surname> <given-names>M. R.</given-names></name></person-group> (<publisher-loc>Boston, MA</publisher-loc>: <publisher-name>Adison-Wesley</publisher-name>), <fpage>395</fpage>&#x02013;<lpage>479</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bock</surname> <given-names>R. D.</given-names></name> <name><surname>Aitkin</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>1981</year>). <article-title>Marginal maximum likelihood estimation of item parameters: application of an EM algorithm</article-title>. <source>Psychometrika</source> <volume>46</volume>, <fpage>443</fpage>&#x02013;<lpage>459</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF02293801</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bock</surname> <given-names>R. D.</given-names></name> <name><surname>Lieberman</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>1970</year>). <article-title>Fitting a response model forn dichotomously scored items</article-title>. <source>Psychometrika</source> <volume>35</volume>, <fpage>179</fpage>&#x02013;<lpage>197</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF02291262</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bock</surname> <given-names>R. D.</given-names></name> <name><surname>Schilling</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>IRT based item factor analysis</article-title>, in <source>IRT From Ssi: Bilog-mg, Multilog, Parscale, Testfact</source>, ed. <person-group person-group-type="editor"><name><surname>Du Toit</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<publisher-loc>Skokie, IL</publisher-loc>: <publisher-name>Scientific Software International</publisher-name>), <fpage>584</fpage>&#x02013;<lpage>591</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cai</surname> <given-names>L.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>SEM of another flavour: two new applications of the supplemented EM algorithm</article-title>. <source>Br. J. Math. Stat. Psychol.</source> <volume>61</volume>, <fpage>309</fpage>&#x02013;<lpage>329</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1348/000711007X249603</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17971266</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cai</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Lee</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Covariance structure model fit testing under missing data: an application of the supplemented EM algorithm</article-title>. <source>Multivariate Behav. Res.</source> <volume>44</volume>, <fpage>281</fpage>&#x02013;<lpage>304</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00273170902794255</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26754269</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cai</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Thissen</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>du Toit</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <source>IRTPRO4 User&#x00027;s Guide. Skokie, IL: Scientific Software International</source>. Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://ssicentral.com/irt/index.html">http://ssicentral.com/irt/index.html</ext-link></citation></ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cao</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Stokes</surname> <given-names>S. L.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Bayesian IRT guessing models for partial guessing behaviors</article-title>. <source>Psychometrika</source> <volume>73</volume>, <fpage>209</fpage>&#x02013;<lpage>230</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11336-007-9045-9</pub-id></citation></ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chalmers</surname> <given-names>R. P.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>mirt: a multidimensional item response theory package for the R environment</article-title>. <source>J. Stat. Softw.</source> <volume>48</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>29</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.18637/jss.v048.i06</pub-id></citation></ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cui</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Pan</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Ye</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Language ability or personality works? the return to possessing a global english test certificate for college graduates in China</article-title>. <source>ECNU Rev. Educ.</source> <volume>1</volume>, <fpage>74</fpage>&#x02013;<lpage>101</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.30926/ecnuroe2018010204</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Culpepper</surname> <given-names>S. A.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Revisiting the 4-parameter item response model: Bayesian estimation and application</article-title>. <source>Psychometrika</source> <volume>81</volume>, <fpage>1142</fpage>&#x02013;<lpage>1163</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11336-015-9477-6</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26400070</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Culpepper</surname> <given-names>S. A.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>The prevalence and implications of slipping on low-stakes, large-scale assessments</article-title>. <source>J. Educ. Behav. Stat.</source> <volume>42</volume>, <fpage>706</fpage>&#x02013;<lpage>725</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3102/1076998617705653</pub-id></citation></ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Du Toit</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2003</year>). <source>IRT From Ssi: Bilog-mg, Multilog, Parscale, Testfact</source>. <publisher-loc>Skokie, IL</publisher-loc>: <publisher-name>Scientific Software International</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Feuerstahler</surname> <given-names>L. M.</given-names></name> <name><surname>Waller</surname> <given-names>N. G.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Estimation of the 4-parameter model with marginal maximum likelihood</article-title>. <source>Multivariate Behav. Res.</source> <volume>49</volume>, <fpage>285</fpage>&#x02013;<lpage>285</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00273171.2014.912889</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26735195</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fox</surname> <given-names>J.-P.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <source>Bayesian Item Response Modeling: Theory and Applications</source>. <publisher-loc>Berlin</publisher-loc>: <publisher-name>Springer Science and Business Media</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Houts</surname> <given-names>C. R.</given-names></name> <name><surname>Cai</surname> <given-names>L.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <source>flexMIRT: Flexible Multilevel Multidimensional Item Analysis and Test Scoring User&#x00027;s Manual Version 3.0 RC. North Carolina, CA</source>. Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.vpgcentral.com/software/irt-software/">https://www.vpgcentral.com/software/irt-software/</ext-link></citation></ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hutchinson</surname> <given-names>T. P.</given-names></name></person-group> (<year>1991</year>). <source>Ability, Partial Information, Guessing: Statistical Modelling Applied to Multiple-Choice Tests</source>. <publisher-loc>Rundle Mall, SA</publisher-loc>: <publisher-name>Rumsby Scientific Publishing</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jamshidian</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Jennrich</surname> <given-names>R. I.</given-names></name></person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Standard errors for EM estimation</article-title>. <source>J. R. Stat. Soc.</source> <volume>62</volume>, <fpage>257</fpage>&#x02013;<lpage>270</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/1467-9868.00230</pub-id></citation></ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jones</surname> <given-names>P. N.</given-names></name> <name><surname>Geoffrey</surname> <given-names>M. J.</given-names></name></person-group> (<year>1992</year>). <article-title>Improving the convergence rate of the EM algorithm for a mixture model fitted to grouped truncated data</article-title>. <source>J. Stat. Comput. Simul.</source> <volume>43</volume>, <fpage>31</fpage>&#x02013;<lpage>44</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00949659208811426</pub-id></citation></ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kauermann</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Carroll</surname> <given-names>R. J.</given-names></name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>A note on the efficiency of sandwich covariance matrix estimation</article-title>. <source>J. Am. Stat. Assoc.</source> <volume>96</volume>, <fpage>1387</fpage>&#x02013;<lpage>1396</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1198/016214501753382309</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liao</surname> <given-names>W.-W.</given-names></name> <name><surname>Ho</surname> <given-names>R.-G.</given-names></name> <name><surname>Yen</surname> <given-names>Y.-C.</given-names></name> <name><surname>Cheng</surname> <given-names>H.-C.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>The four-parameter logistic item response theory model as a robust method of estimating ability despite aberrant responses</article-title>. <source>Soc. Behav. Pers.</source> <volume>40</volume>, <fpage>1679</fpage>&#x02013;<lpage>1694</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2224/sbp.2012.40.10.1679</pub-id></citation></ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Loken</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Rulison</surname> <given-names>K. L.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Estimation of a four-parameter item response theory model</article-title>. <source>Br. J. Math. Stat. Psychol.</source> <volume>63</volume>, <fpage>509</fpage>&#x02013;<lpage>525</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1348/000711009X474502</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20030965</pub-id></citation></ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lord</surname> <given-names>F. M.</given-names></name></person-group> (<year>1980</year>). <source>Applications of Item Response Theory to Practical Testing Problems</source>. <publisher-loc>Hillsdale, NJ</publisher-loc>: <publisher-name>Routledge</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Maris</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Bechger</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>On interpreting the model parameters for the three parameter logistic model</article-title>. <source>Measurement</source> <volume>7</volume>, <fpage>75</fpage>&#x02013;<lpage>88</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/15366360903070385</pub-id></citation></ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>McDonald</surname> <given-names>R. P.</given-names></name></person-group> (<year>1999</year>). <source>Test Theory: A Unified Treatment</source>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>Psychology Press</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>McLachlan</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Krishnan</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <source>The EM Algorithm and Extensions, 2nd Edn</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley and Sons</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Meng</surname> <given-names>X.-L.</given-names></name> <name><surname>Rubin</surname> <given-names>D. B.</given-names></name></person-group> (<year>1991</year>). <article-title>Using EM to obtain asymptotic variance-covariance matrices: the SEM algorithm</article-title>. <source>J. Am. Stat. Assoc.</source> <volume>86</volume>, <fpage>899</fpage>&#x02013;<lpage>909</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/01621459.1991.10475130</pub-id></citation></ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mislevy</surname> <given-names>R. J.</given-names></name></person-group> (<year>1986</year>). <article-title>Bayes modal estimation in item response models</article-title>. <source>Psychometrika</source> <volume>51</volume>, <fpage>177</fpage>&#x02013;<lpage>195</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF02293979</pub-id></citation></ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ogasawara</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Asymptotic expansions for the ability estimator in item response theory</article-title>. <source>Comput. Stat.</source> <volume>27</volume>, <fpage>661</fpage>&#x02013;<lpage>683</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00180-011-0282-0</pub-id></citation></ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Reckase</surname> <given-names>M. D.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <source>Multidimensional Item Response Theory</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rulison</surname> <given-names>K. L.</given-names></name> <name><surname>Loken</surname> <given-names>E.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>I&#x00027;ve fallen and I can&#x00027;t get up: can high-ability students recover from early mistakes in CAT?</article-title> <source>Appl. Psychol. Meas.</source> <volume>33</volume>, <fpage>83</fpage>&#x02013;<lpage>101</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/0146621608324023</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20953275</pub-id></citation></ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Samejima</surname> <given-names>F.</given-names></name></person-group> (<year>1974</year>). <article-title>Normal ogive model on the continuous response level in the multidimensional latent space</article-title>. <source>Psychometrika</source> <volume>39</volume>, <fpage>111</fpage>&#x02013;<lpage>121</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF02291580</pub-id></citation></ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>San Mart&#x000ED;n</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Del Pino</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>De Boeck</surname> <given-names>P.</given-names></name></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>IRT models for ability-based guessing</article-title>. <source>Appl. Psychol. Meas.</source> <volume>30</volume>, <fpage>183</fpage>&#x02013;<lpage>203</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/0146621605282773</pub-id></citation></ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sympson</surname> <given-names>J. B.</given-names></name></person-group> (<year>1978</year>). <article-title>A model for testing with multidimensional items</article-title>, in <source>Paper Presented at The Proceedings of The 1977 Computerized Adaptive Testing Conference</source> (<publisher-loc>Minneapolis, MN</publisher-loc>: <publisher-name>University of Minnesota, Department of Psychology, Psychometrics Methods Program</publisher-name>).</citation></ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tay</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Vermunt</surname> <given-names>J. K.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Item response theory with covariates (IRT-C) assessing item recovery and differential item functioning for the three-parameter logistic model</article-title>. <source>Educ. Psychol. Meas.</source> <volume>76</volume>, <fpage>22</fpage>&#x02013;<lpage>42</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/0013164415579488</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29795855</pub-id></citation></ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tay</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Vermunt</surname> <given-names>J. K.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>C.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Assessing the item response theory with covariate (IRT-C) procedure for ascertaining differential item functioning</article-title>. <source>Int. J. Test.</source> <volume>13</volume>, <fpage>201</fpage>&#x02013;<lpage>222</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/15305058.2012.692415</pub-id></citation></ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Thissen</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Wainer</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>1982</year>). <article-title>Some standard errors in item response theory</article-title>. <source>Psychometrika</source> <volume>47</volume>, <fpage>397</fpage>&#x02013;<lpage>412</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF02293705</pub-id></citation></ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tian</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Cai</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Thissen</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Xin</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Numerical differentiation methods for computing error covariance matrices in item response theory modeling: an evaluation and a new proposal</article-title>. <source>Educ. Psychol. Meas.</source> <volume>73</volume>, <fpage>412</fpage>&#x02013;<lpage>439</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/0013164412465875</pub-id></citation></ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>von Davier</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Is there need for the 3PL nodel? Guess what?</article-title> <source>Measurement</source> <volume>7</volume>, <fpage>110</fpage>&#x02013;<lpage>114</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/15366360903117079</pub-id></citation></ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Waller</surname> <given-names>N. G.</given-names></name> <name><surname>Feuerstahler</surname> <given-names>L. M.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Bayesian modal estimation of the four-parameter item response model in real, realistic, and idealized data sets</article-title>. <source>Multivariate Behav. Res.</source> <volume>52</volume>, <fpage>350</fpage>&#x02013;<lpage>370</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00273171.2017.1292893</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28306347</pub-id></citation></ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Woods</surname> <given-names>C. M.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Consequences of ignoring guessing when estimating the latent density in item response theory</article-title>. <source>Appl. Psychol. Meas.</source> <volume>32</volume>, <fpage>371</fpage>&#x02013;<lpage>384</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/0146621607307691</pub-id></citation></ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zheng</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Meng</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Guo</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>Z.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Expectation-maximization-maximization: a feasible MLE algorithm for the three-parameter logistic model based on a mixture modeling reformulation</article-title>. <source>Front. Psychol.</source> <volume>8</volume>:<fpage>2302</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fpsyg.2017.02302</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29354089</pub-id></citation></ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zimowski</surname> <given-names>M. F.</given-names></name> <name><surname>Muraki</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Mislevy</surname> <given-names>R. J.</given-names></name> <name><surname>Bock</surname> <given-names>R. D.</given-names></name></person-group> (<year>2003</year>). <source>Bilog-mg3 User&#x00027;s Guide</source>. <publisher-loc>Mooresville, IN</publisher-loc>: <publisher-name>Scientific Software International</publisher-name>.</citation></ref>
</ref-list>
<fn-group>
<fn fn-type="financial-disclosure"><p><bold>Funding.</bold> This research was funded by the Peak Discipline Construction Project of Education at East China Normal University.</p>
</fn>
</fn-group>
</back>
</article>