Viele Probleme der Kombinatorik, Zahlentheorie, Wahrscheinlichkeitstheorie, Zuverlässigkeitstheorie und Statistik lassen sich durch Anwendung einer einheitlichen Methode lösen, die als Prinzip der Inklusion-Exklusion bekannt ist. Das Prinzip der Inklusion-Exklusion drückt die Indikatorfunktion einer Vereinigung endlich vieler Ereignisse als alternierende Summe der Indikatorfunktionen ihrer Durchschnitte aus. Die vorliegende Schrift befasst sich mit verbesserten Inklusions-Exklusions-Identitäten und verbesserten Bonferroni-Ungleichungen, die voraussetzen, dass die Ereignisfamilie gewissen strukturellen Anforderungen genügt. Solche wohl-strukturierten Ereignisfamilien finden sich u.a. in der schließenden Statistik, der kombinatorischen Zuverlässigkeitstheorie und der chromatischen Graphentheorie. / Many problems in combinatorics, number theory, probability theory , reliability theory and statistics can be solved by applying a unifying method, which is known as the principle of inclusion-exclusion. The principle of inclusion-exclusion expresses the indicator function of a union of finitely many events as an alternating sum of indicator functions of their intersections. This thesis deals with improved inclusion-exclusion identities and improved Bonferroni inequalities that require the family of events to satisfy some structural restrictions. Examples of such well-structured families arise in problems of statistical inference, combinatorial reliability theory and chromatic graph theory.

Diese Arbeit befasst sich mit einem Multiplier-Bootstrap Verfahren für die Konstruktion von Likelihood-basierten Konfidenzbereichen in zwei verschiedenen Fällen. Im ersten Fall betrachten wir das Verfahren für ein einzelnes parametrisches Modell und im zweiten Fall erweitern wir die Methode, um Konfidenzbereiche für eine ganze Familie von parametrischen Modellen simultan zu schätzen. Theoretische Resultate zeigen die Validität der Bootstrap-Prozedur für eine potenziell begrenzte Anzahl an Beobachtungen, eine große Anzahl an betrachteten parametrischen Modellen, wachsende Parameterdimensionen und eine mögliche Misspezifizierung der parametrischen Annahmen. Im Falle eines einzelnen parametrischen Modells funktioniert die Bootstrap-Approximation, wenn die dritte Potenz der Parameterdimension ist kleiner als die Anzahl an Beobachtungen. Das Hauptresultat über die Validität des Bootstrap gilt unter der sogenannten Small-Modeling-Bias Bedingung auch im Falle, dass das parametrische Modell misspezifiert ist. Wenn das wahre Modell signifikant von der betrachteten parametrischen Familie abweicht, ist das Bootstrap Verfahren weiterhin anwendbar, aber es führt zu etwas konservativeren Schätzungen: die Konfidenzbereiche werden durch den Modellfehler vergrößert. Für die Konstruktion von simultanen Konfidenzbereichen entwickeln wir ein Multiplier-Bootstrap Verfahren um die Quantile der gemeinsamen Verteilung der Likelihood-Quotienten zu schätzen und eine Multiplizitätskorrektur der Konfidenzlevels vorzunehmen. Theoretische Ergebnisse zeigen die Validität des Verfahrens; die resultierende Approximationsfehler hängt von der Anzahl an betrachteten parametrischen Modellen logarithmisch. Hier betrachten wir auch wieder den Fall, dass die parametrischen Modelle misspezifiziert sind. Wenn die Misspezifikation signifikant ist, werden Bootstrap-generierten kritischen Werte größer als die wahren Werte sein und die Bootstrap-Konfidenzmengen sind konservativ. / The thesis studies a multiplier bootstrap procedure for construction of likelihood-based confidence sets in two cases. The first one focuses on a single parametric model, while the second case extends the construction to simultaneous confidence estimation for a collection of parametric models. Theoretical results justify the validity of the bootstrap procedure for a limited sample size, a large number of considered parametric models, growing parameters’ dimensions, and possible misspecification of the parametric assumptions. In the case of one parametric model the bootstrap approximation works if the cube of the parametric dimension is smaller than the sample size. The main result about bootstrap validity continues to apply even if the underlying parametric model is misspecified under a so-called small modelling bias condition. If the true model deviates significantly from the considered parametric family, the bootstrap procedure is still applicable but it becomes conservative: the size of the constructed confidence sets is increased by the modelling bias. For the problem of construction of simultaneous confidence sets we suggest a multiplier bootstrap procedure for estimating a joint distribution of the likelihood ratio statistics, and for adjustment of the confidence level for multiplicity. Theoretical results state the bootstrap validity; a number of parametric models enters a resulting approximation error logarithmically. Here we also consider the case when parametric models are misspecified. If the misspecification is significant, then the bootstrap critical values exceed the true ones and the bootstrap confidence set becomes conservative. The theoretical approach includes non-asymptotic square-root Wilks theorem, Gaussian approximation of Euclidean norm of a sum of independent vectors, comparison and anti-concentration bounds for Euclidean norm of Gaussian vectors. Numerical experiments for misspecified regression models nicely confirm our theoretical results.