ค่าที่คาดหวังของ x ในการแจกแจงแบบปกติให้ค่าที่ต่ำกว่าค่าที่แน่นอน


12

เพียงแค่สงสัยว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่จะหาค่าที่คาดหวังของ x หากมีการแจกแจงตามปกติโดยมีค่าต่ำกว่าค่าที่แน่นอน (ตัวอย่างเช่นต่ำกว่าค่าเฉลี่ย)


เป็นไปได้แน่นอน อย่างน้อยที่สุดคุณสามารถคำนวณโดยแรงเดรัจฉานdt หรือถ้าคุณรู้และคุณสามารถประมาณมันได้โดยใช้การจำลอง F(เสื้อ)-1∫-∞xเสื้อฉ(เสื้อ)dเสื้อμσ
— dsaxton

@dsaxton มีสูตรผิดพลาดอยู่บ้างในสูตรนั้น แต่เราเข้าใจแล้ว สิ่งที่ฉันอยากรู้ก็คือคุณจะต้องทำการจำลองอย่างไรเมื่อค่า threshold ต่ำกว่าค่าเฉลี่ย
— whuber

1
@whuber ใช่ควรจะเป็น(x) มันคงไม่ฉลาดนักที่จะทำการจำลองเมื่อใกล้กับศูนย์ แต่เมื่อคุณชี้ให้เห็นว่ามีสูตรที่แน่นอนอยู่แล้ว F ( x ) F ( x )F(t)F(x)F(x)
— dsaxton

@dsaxton ตกลงยุติธรรมพอ ฉันแค่หวังว่าคุณจะมีความคิดที่ชาญฉลาดและเรียบง่ายบางอย่างสำหรับการจำลองจากหางของการแจกแจงแบบปกติ
— whuber

คำถามเดียวกันมากขึ้นหรือน้อยลงใน Math.SE: math.stackexchange.com/questions/749664/average-iq-of-mensa
— JiK

คำตอบ:


18

ตัวแปรกระจายตามปกติที่มีค่าเฉลี่ยμและแปรปรวนσ 2มีการกระจายเช่นเดียวกับσ Z + μที่Zเป็นตัวแปรปกติมาตรฐาน สิ่งที่คุณต้องรู้เกี่ยวกับZก็คือXμσ2σZ+μZZ

  • ฟังก์ชันการแจกแจงสะสมเรียกว่า ,Φ
  • มันมีฟังก์ชั่นความหนาแน่นของความน่าจะเป็นและนั่นϕ(z)=Φ′(z)
  • )ϕ′(z)=−zϕ(z)

กระสุนสองนัดแรกเป็นเพียงสัญลักษณ์และคำจำกัดความที่สามเป็นคุณสมบัติพิเศษของการแจกแจงแบบปกติที่เราต้องการ

ให้ "ค่าบางอย่าง" เป็นTการคาดการณ์การเปลี่ยนแปลงจากXเป็นZให้คำจำกัดความTXZ

t=(T−μ)/σ,

ดังนั้น

Pr(X≤T)=Pr(Z≤t)=Φ(t).

จากนั้นเริ่มต้นด้วยคำจำกัดความของความคาดหวังตามเงื่อนไขที่เราอาจใช้ประโยชน์จากความเป็นเส้นตรงเพื่อรับ

E(X|X≤T)=E(σZ+μ|Z≤t)=σE(Z|Z≤t)+μE(1|Z≤t)=(σ∫−∞tzϕ(z)dz+μ∫−∞tϕ(z)dz)/Pr(Z≤t)=(−σ∫−∞tϕ′(z)dz+μ∫−∞tΦ′(z)dz)/Φ(t).

ทฤษฎีบทมูลฐานของแคลคูลัสอ้างว่าหนึ่งของอนุพันธ์ใด ๆ ที่พบได้โดยการประเมินผลการทำงานที่ปลายทาง: ) สิ่งนี้ใช้ได้กับทั้งอินทิกรัล เนื่องจากทั้งΦและϕต้องหายไปที่- ∞เราจึงได้∫abF′(z)dZ=F(ข)-F(a)Φφ-∞

E(X|X≤T)=μ−σϕ(t)Φ(t).

มันเป็นลบค่าเฉลี่ยเดิมตามสัดส่วนระยะการแก้ไขกับอัตราส่วนผกผัน Mills

! [รูป: พล็อตของอัตราส่วนการกลับตัว

ตามที่เราคาดไว้อัตราส่วนผกผันของสำหรับค่าtจะต้องเป็นค่าบวกและส่วนเกิน- t (ซึ่งกราฟจะแสดงด้วยเส้นสีแดงประ) แต่ก็มีการหดตัวลงไปที่0เป็นเสื้อเติบโตขนาดใหญ่สำหรับการตัดแล้วที่Z = T (หรือX = T ) การเปลี่ยนแปลงเกือบไม่มีอะไร ในฐานะที่เป็นเสื้อเติบโตเชิงลบมากผกผัน Mills อัตราส่วนต้องวิธีการ- เสื้อเพราะหางของการลดลงของการกระจายปกติอย่างรวดเร็วว่าเกือบทั้งหมดน่าจะเป็นหางด้านซ้ายมีความเข้มข้นอยู่ใกล้กับด้านขวามือของตน (ที่T )t−t0tZ=tX=Tt−tt

ในที่สุดเมื่ออยู่ที่ค่าเฉลี่ยt = 0โดยที่อัตราส่วนผกผันของ Mills เท่ากับ√T=μt=00.797885 นี่หมายถึงค่าที่คาดหวังของXซึ่งถูกตัดทอนที่ค่าเฉลี่ย (ซึ่งเป็นลบของการแจกแจงครึ่งปกติ) คือ- √2/π≈0.797885Xค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานต่ำกว่าค่าเฉลี่ยดั้งเดิม−2/π


6

โดยทั่วไปให้มีฟังก์ชันการแจกแจงF ( X )XF(X)

เรามีสำหรับ , P ( X ≤ x | c 1 ≤ X ≤ c 2 )x∈[ค1,ค2] คุณอาจจะได้รับเป็นกรณีพิเศษโดยการยกตัวอย่างเช่นC1=-∞ซึ่งผลตอบแทนถัวเฉลี่ยF(ค1)=0

P(X≤x|ค1≤X≤ค2)=P(X≤x∩ค1≤X≤ค2)P(ค1≤X≤ค2)=P(ค1≤X≤x)P(ค1≤X≤ค2)=F(x)-F(ค1)F(ค2)-F(ค1)
ค1=-∞F(ค1)=0

การใช้ cdf ตามเงื่อนไขคุณอาจได้รับความหนาแน่นตามเงื่อนไข (เช่นสำหรับX ∼ N ( 0 , 1 )ซึ่งสามารถใช้สำหรับการคาดการณ์ตามเงื่อนไขฉ(x|X<0)=2φ(x)X~ยังไม่มีข้อความ(0,1)

E(X|X<0)=2∫-∞0xφ(x)=-2φ(0),

+1 (อย่างใดฉันคิดถึงสิ่งนี้เมื่อมันปรากฏตัวครั้งแรก) ส่วนแรกเป็นบัญชีที่ยอดเยี่ยมของวิธีการรับฟังก์ชั่นการกระจายที่ถูกตัดทอนและส่วนที่สองแสดงวิธีการคำนวณ PDF ของพวกเขา
— whuber
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.