2. mertebeden Taylor serisi ile hatanın yayılması


9

John Rice'ın "Matematiksel İstatistik ve Veri Analizi" adlı bir metnini okuyorum. Rasgele değişkenin beklenen değerini ve varyansını tahmin etmekle ilgileniyoruzY. Rasgele değişkenin beklenen değerini ve varyansını hesaplayabilirizX ve ilişkiyi biliyoruz Y=g(X). Bu nedenle, beklenen değeri ve varyansı yaklaşık olarak tahmin etmek mümkündür.Y Taylor serisi genişlemesini kullanarak g hakkında μX.

162. sayfada 3 denklem listeler.

  1. Beklenen değeri Y1. Derecede Taylor serisi genişletmesini kullanarak. Bu:μYg(μX). Bu, sorumun ilerleyen bölümlerindeE(Y1).

  2. Varyansı Y1. Derecede Taylor serisi genişletmesini kullanarak. Bu:σY2σX2(g(μX))2. Bu, sorumun ilerleyen bölümlerindeVar(Y1).

  3. Beklenen değeri Y2. Dereceden Taylor serisi genişletmeyi kullanarak. BuμYg(μX)+12σX2g(μX). Bu, sorumun ilerleyen bölümlerinde olarak .E(Y2)

Taylor serisi genişlemesinde iki farklı sipariş kullandığımız için Y için iki farklı ifade olduğunu unutmayın Y. Denklem 1 ve 2, Y1=g(X)g(μX)+(XμX)g(μX) . Denklem 3, Y2=g(X)g(μX)+(XμX)g(μX)+12(XμX)2g(μX) .

Özellikle Var (Y_2) denkleminin Var(Y2)verilmediğini unutmayın. Daha sonra yazar , aslında Y_2'nin (Denklem 3) beklenen değerine atıfta Y1 denklemi Y_1 (Denklem 2) varyansı için kullanıyor gibi görünüyor . Bu Var (Y_2) = Var (Y_1) anlamına geliyor .Y2Var(Y2)=Var(Y1)

El ile hesaplamaya çalıştım ve biraz karmaşık bir ifade alıyorum. İşte benim iş (durdu çünkü sonunda beklenti terimleri alıyorum ): Var(Y2)X3

Var(Y2)=E[(g(μX)+(XμX)a+12(XμX)2bg(μX)12σX2b)2]=E[((XμX)a+(12(XμX)212σX2)b)2]=E[(ca+(12c212σX2)b)2]=E[c2a2+ca(c2σX2)b+14(c2σX2)2b2]=E[(X22XμX+μX2)a2+(XμX)a((X22XμX+μX2)σX2)b+14((X22XμX+μX2)σX2)2b2]

Yukarıdaki denklemlerde , ve . Ne ?a=g(μX)b=g(μX)c=XμXVar(Y2)

Teşekkürler.


Neden ? İkinci derece yaklaşım kuadratik bir fonksiyonu olduğundan, varyansı genellikle kadar anlarını içerecektir . Üçüncü an sıfır olabilir, ancak dördüncü an kesinlikle görünecek ve hiçbir şey tarafından iptal edilmeyecektir. X3XX22=4
whuber

Yanıtlar:


7

Varsayarak , biz yaklaşık varyans türetmek ikinci dereceden Taylor açılımı kullanılarak yaklaşık , aşağıdaki gibi:Y=g(X)Yg(X)μX=E[X]

Var[Y]=Var[g(X)]Var[g(μX)+g(μX)(XμX)+12g(μX)(XμX)2]=(g(μX))2σX2+14(g(μX))2Var[(XμX)2]+g(μX)g(μX)Cov[XμX,(XμX)2]=(g(μX))2σX2+14(g(μX))2E[(XμX)4σX4]+g(μX)g(μX)(E(X3)3μX(σX2+μX2)+2μX3)=(g(μX))2σX2+14(g(μX))2(E[X4]4μXE[X3]+6μX2(σX2+μX2)3μX4σX4)+g(μX)g(μX)(E(X3)3μX(σX2+μX2)+2μX3)

@Whuber'ın yorumlarda belirttiği gibi, üçüncü ve dördüncü merkezi anları kullanılarak bu biraz temizlenebilir . Merkezi bir moment . Uyarı bu . Bu yeni gösterimi kullanarak, Xμk=E[(XμX)k]σX2=μ2

Var[Y](g(μX))2σX2+g(μX)g(μX)μ3+14(g(μX))2(μ4σX4)

Bu doğru yaklaşım, ancak ve arasındaki kovaryansı eklemeyi unuttunuz mu? XμX(XμX)2
whuber

@whuber Evet yaptım. Bunu işaret ettiğiniz için teşekkürler. Bunu yakında düzenleyeceğim.
varsayılan

Cevabı ikinci, üçüncü ve dördüncü merkezi anlar, , ve cinsinden yazarak kendinize biraz sorun . Eğer elde etmelidir . σ2μ3μ4σ2g(μ)2+μ3g(μ)g(μ)+14(μ4σ4)g(μ)2
whuber

@jrand - Özür dilerim. Orijinal yayınınızda bunun olduğunu bilmiyordum. Yazımı silmiyorum, çünkü yazı yazmak biraz zaman aldı.
varsayılan

@ Max, whuber: Cevap ve açıklama için teşekkür ederim.
jrand
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.