Arka fon
Rastgele değişkenlerin bir vektörü için bir kovaryans matrisi , bu rastgele değişkenlerin herhangi bir doğrusal kombinasyonunun varyansını hesaplamak için bir prosedür içerir. Kural, herhangi bir katsayı vektörü için , X = ( X 1 , X 2 , … , X n ) ′ λ = ( λ 1 , … , λ n )AX=(X1,X2,…,Xn)′λ=(λ1,…,λn)
Var(λX)=λAλ′.(1)
Başka bir deyişle, matris çarpma kuralları varyans kurallarını tanımlar.
iki özelliği anında ve açıktır:A
Varyanslar kare değerlerin beklentileri olduğundan, asla negatif olamazlar. Böylece, tüm vektörler için ,Kovaryans matrisleri, negatif olmayan tanımlı olmalıdır.0 ≤ Var ( λ X ) = λ A λ ′ .λ
0≤Var(λX)=λAλ′.
Varyanslar sadece sayılardır - veya matris formüllerini tam anlamıyla okursanız, matrisidir. Böylece, onları aktardığınızda değişmezler. Transpozing , Bu tüm , kendi devrik eşit olmalıdır : kovaryans matrisleri simetrik olmalıdır.( 1 ) λ A λ ′ = Var ( λ X ) = Var ( λ X ) ′ = ( λ A λ ′ ) ′ = λ A ′ λ ′ . λ A A ′1×1(1)
λAλ′=Var(λX)=Var(λX)′=(λAλ′)′=λA′λ′.
λAA′
Daha derin sonuç , negatif olmayan herhangi bir simetrik matris bir kovaryans matrisidir. A Bu demektir ki orada aslında bazı vektör değerli rastgele değişken ile onun kovaryans olarak. Bunu açıkça gösterebiliriz . Bunun bir yolu, özelliğine sahip (çok değişkenli) yoğunluk işlevinin , kovaryansı için sahiptir . ( ters çevrilemediğinde miktar incelik gerekir - ancak bu sadece teknik bir ayrıntıdır.) A Xf( x 1 ,…, x n )günlüğü(f)∝- 1XAXf(x1,…,xn)
log(f)∝−12(x1,…,xn)A−1(x1,…,xn)′
AA
Çözümler
Let ve kovaryans matrisi olabilir. Açıkçası onlar kare; ve eğer toplamları herhangi bir anlam ifade ediyorsa, aynı boyutlara sahip olmaları gerekir. Sadece iki özelliği kontrol etmemiz gerekiyor.XY
Toplam.
Bunu bir egzersiz olarak bırakıyorum.
Bu zor. Zorlu matris problemlerini düşünmek için kullandığım yöntemlerden biri matris ile bazı hesaplamalar yapmaktır . Bu boyutta, ve ile gibi bazı yaygın, tanıdık kovaryans matrisleri vardır . Endişe yani olabilir olmayan varyans işlem zaman negatif bir değer üretmek olabilir olduğunu: Belirli olabilir mi? Olursa, matriste bazı negatif katsayılarımız olsa iyi olur. Bu, için düşünmenizi önerir . İlginç bir şey elde etmek için başlangıçta matrislere yönelebiliriz2×2
(abba)
a2≥b2a≥0XYX=(a−1−1a)
a≥1Y farklı görünümlü yapılara sahip. Çapraz matrisler akla gelir, örneğin ile . ( ve gibi bazı katsayıları nasıl özgürce seçebileceğimize dikkat edin , çünkü herhangi bir kovaryans matrisindeki tüm girdileri temel özelliklerini değiştirmeden yeniden ölçeklendirebiliriz. Bu, ilginç örneklerin aranmasını kolaylaştırır.)Y=(b001)
b≥0−11
i hesaplamanızı ve ve izin verilen değerleri için her zaman bir kovaryans matrisi olup olmadığını test etmenizi istiyorum .XYab