Toplam ve iki kovaryans matrisinin bir ürünü de kovaryans matrisidir?


12

Varsayalım ki ve kovaryans matrisleri var . Bu seçeneklerden hangisi aynı zamanda kovaryans matrisleridir?XY

  1. X+Y
  2. X2
  3. XY

Bir şeyin bir kovaryans matrisi olması için tam olarak neyin gerekli olduğunu anlamakta biraz zorluk çekiyorum. Örneğin, ve doğru olması için o olması gerektiği anlamına geliyor. ; burada ve , diğer bazı rastgele değişkenlerdir. Ancak, bunun üç seçenekten herhangi biri için neden geçerli olduğunu göremiyorum. Herhangi bir içgörü çürütülebilirdi.X=cov(X1,X2)Y=cov(Y1,Y2)cov(X1,X2)+cov(Y1,Y2)=cov(Z1,Z2)Z1Z2

Yanıtlar:


12

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)

(1)Var(λX)=λAλ.

Başka bir deyişle, matris çarpma kuralları varyans kurallarını tanımlar.

iki özelliği anında ve açıktır:A

  1. 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

    0Var(λX)=λAλ.
  2. 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 Aλ . λ A A1×1(1)

    λAλ=Var(λX)=Var(λX)=(λAλ)=λAλ.
    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)A1(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

  1. Toplam.

    • Simetri gösterileri toplam simetriktir.
      (X+Y)=X+Y=(X+Y)
    • Negatif olmayan kesinlik. Let herhangi bir vektör olabilir. Sonra , matris çarpımının temel özelliklerini kullanarak noktayı ispatlar.λ
      λ(X+Y)λ=λXλ+λYλ0+0=0
  2. Bunu bir egzersiz olarak bırakıyorum.

  3. 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)
    a2b2a0XY
    X=(a11a)
    a1Y 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)
    b011

    i hesaplamanızı ve ve izin verilen değerleri için her zaman bir kovaryans matrisi olup olmadığını test etmenizi istiyorum .XYab


13

Gerçek bir matris, yalnızca simetrik pozitif yarı-tanımlıysa ve bir kovaryans matrisidir.

İpuçları:

1) ve simetrik ise, simetrik midir? Eğer herhangi biri için ve herhangi , ne hakkında sonuca varabiliriz ?Y X + Y z T X z 0 z z T Y z 0 z z T ( X + Y ) zXYX+YzTXz0zzTYz0zzT(X+Y)z

2) simetrik ise, simetrik midir? özdeğerleri negatif değilse, özdeğerleri hakkında ne sonuçlandırabilirsiniz ?X 2 X X 2XX2XX2

3) ve simetrik ise, simetrik olduğu sonucuna varabilir misiniz , yoksa karşı bir örnek bulabilir misiniz?Y X YXYXY

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.