ne zamanvebağımsız olarak


12

Y X χ 2 ( n - 1 ) Y Beta ( nX ve bağımsız olarak dağıtılmış rastgele değişkenlerdir; burada ve . dağılımı nedir ?YXχ(n1)2YBeta(n21,n21)Z=(2Y1)X

nin ortak yoğunluğu(X,Y)

fX,Y(x,y)=fX(x)fY(y)=ex2xn1212n12Γ(n12)yn22(1y)n22B(n21,n21)1{x>0,0<y<1}

Değişkenlerin değişikliği kullanarak , öyle ki ve ,(X,Y)(Z,W)Z=(2Y1)XW=X

I ortak yoğunluk elde olarak(Z,W)

fZ,W(z,w)=ew22wn3(14z24w2)n222n12Γ(n12)B(n21,n21)1{w>0,|z|<w}

marjinal , .f Z ( z ) = | z | f Z , W ( z , w )ZfZ(z)=|z|fZ,W(z,w)dw

Yine, dağıtım fonksiyonunu bulurken, eksik bir beta / gama fonksiyonu ortaya çıkıyor:Z

FZ(z)=Pr(Zz)

=Pr((2Y1)Xz)=(2y1)xzfX,Y(x,y)dxdy

Burada değişkenlerin uygun değişimi nedir? dağılımını bulmanın başka bir yolu var mı ?Z

Chi-Squared, Beta, 'F' ve 't' dağılımları arasında farklı ilişkiler kullanmayı denedim ama hiçbir şey işe yaramadı. Belki de bariz bir şeyi kaçırıyorum.


@Francis'in belirttiği gibi, bu dönüşüm Box-Müller dönüşümünün genelleştirilmesidir.


4
Box-Muller dönüşümünün genelleştirilmesi gibi görünüyor
Francis

Yanıtlar:


10

İşte cebirsel bir kanıt. Bunun yerine (kare değil) izin vereceğim, böylece bulmalıyız . Bunların hepsinin geçerli yoğunlukları olduğu garanti edilmektedir, bu yüzden normalleştirme sabitlerini takip etmeyeceğim. Biz Let ve ters dönüşümü böylece ve . Bu bize . Bu bizi , Z : = ( 2 -Y - 1 ) x f X , Y, ( x , y ) α X , n - 2 E - x 2 / 2 [ y ( 1 - y ) ] n / 2 - 2 1 { 0 < x ,Xχn1Z:=(2Y1)XZ=(2y-1)XW=Xx(z,w)=wy(z,w)= z + w

fX,Y(x,y)xn2ex2/2[y(1y)]n/221{0<x,0<y<1}.
Z=(2y1)XW=Xx(z,w)=w | J| =1y(z,w)=z+w2w=z2w+12 fZ,W,(z,a)αwn-1, e-ağırlık2/2[ z + w|J|=12waae-ağırlık2/2(a2-z2)n/2-21{| z| <w}. fZ(Z)aw>| z| we-ağırlık2/2(a2-z2)n/
fZ,W(z,w)wn1ew2/2[z+w2w(1z+w2w)]n/221{0<w,1<zw<1}
wew2/2(w2z2)n/221{|z|<w}.
Böylece
fZ(z)w>|z|wew2/2(w2z2)n/22dw.

Kolaylık sağlamak için . almak için her iki tarafı Şimdi let yüzden . Bu bize Bu son integral bağlı olmadığından , , dolayısıyla m=n/22ez2/2

ez2/2fZ(z)|z|we(w2z2)/2(w2z2)mdw.
2u=w2z2du=wdw
ez2/2fZ(z)2m0umeudu=2mΓ(m+1).
zez2/2fZ(z)1
ZN(0,1).

1
+1. Bu cevabı geri yüklediğiniz için memnunum, çünkü sadece integralleri değil , tüm değerlerini kapsıyor . n
whuber

@whuber teşekkürler, her nasılsa koymak yerine ve ben garip davranışları başlamıştı neden anlamaya biraz zaman aldı garipz2w2w2z2n
JLD

9

2Y1 , küresi üzerindeki muntazam dağılımın bir koordinatın1 gibi dağıtılır ; , iid standardının kareleri toplamının dağılımına sahiptir. Normal değişkenler; ve bu iki miktar bağımsızdır. Geometrik olarak bir koordinatın dağılımına sahiptir: yani standart bir Normal dağılıma sahip olmalıdır.Xn1(2Y1)X

(Bu argüman integrali için geçerlidir .)n=2,3,4,

Bazı sayısal iknalara ihtiyacınız varsa (her zaman akıllıcadır, çünkü akıl yürütme ve hesaplamadaki hataları ortaya çıkarabilir), simüle edin:

N = 2,3,4,5 için dört histogram gösteren şekil

Simüle edilen sonuçlar ve talep edilen standart Normal dağılım arasındaki anlaşma, bu değer aralığında mükemmeldir .n

Rİsterseniz bu grafikleri üreten kodla daha fazla deneme yapın .

n.sim <- 1e5
n <- 2:5
X <- data.frame(Z = c(sapply(n, function(n){
  y <- rbeta(n.sim, n/2-1, n/2-1)  # Generate values of Y
  x <- rchisq(n.sim, n-1)          # Generate values of X
  (2*y - 1) * sqrt(x)              # Return the values of Z
})), n=factor(rep(n, each=n.sim)))

library(ggplot2)
#--Create points along the graph of a standard Normal density
i <- seq(min(z), max(z), length.out=501)
U <- data.frame(X=i, Z=dnorm(i))

#--Plot histograms on top of the density graphs
ggplot(X, aes(Z, ..density..)) + 
  geom_path(aes(X,Z), data=U, size=1) +
  geom_histogram(aes(fill=n), bins=50, alpha=0.5) + 
  facet_wrap(~ n) + 
  ggtitle("Histograms of Simulated Values of Z",
          paste0("Sample size ", n.sim))

1
Teşekkürler @Stubborn. Parametrelerin tutarlı olması önemlidir, aksi takdirde sonuç yanlıştır. Ben düzeltirim.
whuber

3

@Chaconne kullanıcısı zaten yaptığı gibi, bu özel dönüşümle cebirsel bir kanıt sunabildim. Hiçbir ayrıntıyı atlamadım.


( yoğunluğunun geçerli olması için zaten sahibiz ).n>2Y

Bize dönüşümü düşünelim bu şekilde ve .(X,Y)(U,V)U=(2Y1)XV=X

Bu, ve .x=vy=12(uv+1)

Şimdi, ve ,x>0v>00<y<1v<u<v

böylece nin iki değişkenli desteği basitçe .(U,V)S={(u,v):0<u2<v<,uR}

Jacobian'ın dönüşümün mutlak değeri .|J|=12v

nin ortak yoğunluğu(U,V)

fU,V(u,v)=ev2vn121(uv+1)n22(12u2v)n22Γ(n2)(2v)2n12+n22Γ(n12)(Γ(n21))21S

=e-v2vn-42(v+u)n2-2(v-u)n2-2Γ(n-2)22n-32+n2-2(v)n-4Γ(n-12)(Γ(n-22))21S

Şimdi, Legendre'nin çoğaltma formülünü kullanarak,

Γ(n-2)=2n-3πΓ(n-22)Γ(n-22+12)=2n-3πΓ(n-22)Γ(n-12) burada .n>2

Böylece için ,n>2

fU,V(u,v)=2n-3e-v2(v-u2)n2-2π23n-72Γ(n2-1)1S

Marjinal pdf aşağıdaki formülle verilir:U

fU(u)=12n-12πΓ(n2-1)u2e-v2(v-u2)n2-2dv

=e-u222n-12πΓ(n2-1)0e-t2t(n2-1-1)dt

=12n-12π(12)n2-1e-u22

=12πe-u2/2,uR,

2

Bu Mathematica kullanarak kara kutu cevabından daha çok (yani cebirsel detaylar eksik) . Kısacası @whuber'ın belirttiği gibi cevap, dağılımının standart normal dağılım olmasıdır.Z

(* Transformation *)
f = {(2 y - 1) Sqrt[x], Sqrt[x]};
sol = Solve[{z == (2 y - 1) Sqrt[x], w == Sqrt[x]}, {x, y}][[1]]
(*{x -> w^2,y -> (w+z)/(2 w)} *)
(* Jacobian *)
J = D[f, {{x, y}}]

(* Joint pdf of Z and W *)
{jointpdf, conditions} = FullSimplify[PDF[BetaDistribution[n/2 - 1, n/2 - 1], y] 
  PDF[ChiSquareDistribution[n - 1], x] Abs[Det[J]] /. sol,
  Assumptions -> {w >= 0, 0 <= y <= 1}][[1, 1]]

(* Integrate over W *)
Integrate[jointpdf Boole[conditions], {w, 0, \[Infinity]}, Assumptions -> {n > 2, z == 0}]
(* 1/Sqrt[2 \[Pi]] *)

Integrate[jointpdf Boole[conditions], {w, 0, \[Infinity]}, Assumptions -> {n > 2, z > 0}]
(* Exp[-(z^2/2)]/Sqrt[2 \[Pi]] *)

Integrate[jointpdf Boole[conditions], {w, 0, \[Infinity]}, Assumptions -> {n > 2, z < 0}]
(* Exp[-(z^2/2)]/Sqrt[2 \[Pi]] *)

1

Kendi başına bir cevap değil , ama Box-Muller dönüşümüne bağlantıyı belirtmek faydalı olabilir.

Box-Muller dönüşümünü , burada düşünün . Bunu gösterebiliriz , yani . Diğer yandan, olabilir göstermektedir yer ölçekli sahip Ark dağılımı dağılımı kabul eder, . Bu Kutu-Muller dönüşümünün olduğunda özel bir durum olduğu anlamına gelir ., U,V~U(0,1)-lnU~Exp(1)-2lnu~χ 2 2 sin(2πV)2B(1/2,1/2)-1(2Y-1Z=-2lnUgünah(2πV)U,V~U(0,1) -lnU~Tecrübe(1)-2lnU~χ22 günah(2πV)2B(1/2,1/2)-1 n=3(2Y-1)Xn=3

İlgili :

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