การกระจายอัตราส่วนของระยะห่างและตัวอย่างหมายถึงอะไร


10

ให้X1,…,Xnเป็นตัวอย่างของตัวแปรสุ่มแบบเลขชี้กำลังของ iid ที่มีค่าเฉลี่ยβและให้X(1),…,X(n)เป็นสถิติการสั่งซื้อจากตัวอย่างนี้ ให้X¯=1n∑i=1nXiฉัน

กำหนดระยะห่าง

Wi=X(i+1)−X(i) ∀ 1≤i≤n−1.
มันสามารถแสดงให้เห็นว่าแต่ละWiเป็นเลขชี้กำลังด้วยค่าเฉลี่ยβi=βn−iฉัน

คำถาม:ฉันจะไปเกี่ยวกับการหาวิธีP(WiX¯>t)ที่tรู้จักและไม่เป็นลบ?

พยายาม:ฉันรู้ว่านี้จะมีค่าเท่ากับ1−FWi(tX¯) ) ดังนั้นผมจึงใช้กฎหมายของความน่าจะรวมเช่นดังนั้น:

P(Wi>tX¯)=1−FWi(tX¯)=1−∫0∞FWi(ts)fX¯(s)ds,

ซึ่งกลายเป็นยุ่งเหยิง แต่ฉันคิดว่าส่วนประกอบสำคัญ

ฉันมาถูกทางแล้วใช่ไหม นี่เป็นการใช้ที่ถูกต้องของกฎหมายความน่าจะเป็นโดยรวมหรือไม่?

อีกวิธีหนึ่งอาจดูการกระจายความแตกต่าง:

P(Wi−tX¯>0)

หรือแม้แต่แยกเงินก้อน:

P(Wi−tX¯>0)=P((X(i+1)−X(i))+tn(X(1)+⋯+X(n)))

วิธีแก้ปัญหากรณีเลขชี้กำลังจะดีมาก แต่ยิ่งดีกว่าจะเป็นข้อ จำกัด ทั่วไปบางประการในการแจกแจง หรืออย่างน้อยที่สุดช่วงเวลาของมันซึ่งเพียงพอที่จะมอบอสมการ Chebyshev และ Markov ให้ฉัน


ปรับปรุง:นี่คือหนึ่งจากวิธีแรก:

1−∫0∞(1−exp⁡(−tsβi))(1Γ(n)βnsn−1exp⁡(−βs))ds1−∫0∞(1−exp⁡(−(n−i)tsβ))(1Γ(n)βnsn−1exp⁡(−βs))ds

ฉันได้เล่นกับมันมาระยะหนึ่งแล้วและฉันไม่แน่ใจว่าจะไปที่ไหน


1
อินทิกรัลที่คุณได้รับนั้นดูค่อนข้างตรงไปตรงมาหลังจากคุณกระจายคำในวงเล็บ หลังจากเปลี่ยนตัวแปรดูเหมือนว่าคุณจะได้ฟังก์ชันแกมม่า
— Alex R.

@AlexR แน่นอน แต่หลังจากผ่านไปครึ่งทางแล้วฉันเริ่มสงสัยว่ามันจะไม่ถูก จำกัด ระหว่าง 0 และ 1 ฉันกำลังมองหาการยืนยันว่าฉันตั้งปัญหาได้อย่างถูกต้อง ถ้าฉันติดอยู่กับอินทิกรัลเองฉันจะถาม Math.SE
— shadowtalker

คำตอบ:


6

ความยากของคุณที่นี่คือคุณมีเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับตัวแปรสุ่มที่ไม่ขึ้นกับตัวเอง ปัญหาสามารถทำให้ง่ายขึ้นและแก้ไขได้โดยการจัดการเหตุการณ์เพื่อเปรียบเทียบการเพิ่มอิสระ การทำเช่นนี้เราทราบครั้งแรกว่าสำหรับ , แต่ละสถิติของการสั่งซื้อสามารถเขียนเป็น:X1,...,XN∼IID Exp(β)

X(k)=β∑i=1kZin−i+1,

ที่ (ดูเช่น Renyi 1953, David และ Nagaraja 2003) นี่ช่วยให้เราเขียนW k = β Z k + 1 / ( n - k )และเราสามารถเขียนค่าเฉลี่ยตัวอย่างเป็น:Z1,Z2,...,Zn∼IID Exp(1)Wk=βZk+1/(n−k)

X¯≡βn∑k=1nX(k)=βn∑k=1n∑i=1kZin−i+1=βn∑i=1n∑k=inZin−i+1=βn∑i=1nZi.

เพื่อความสะดวกในการวิเคราะห์ของเราเรากำหนดปริมาณ:

a≡t(n−k)n−t(n−k).

สำหรับเรามี:a>0

P(Wk⩾tX¯)=P(Zk+1n−k⩾tn∑i=1nZi)=P(nn−k⋅Zk+1⩾t∑i=1kZi)=P((nn−k−t)Zk+1⩾t∑i≠kZi)=P((nn−k−t)Z⩾tG)=P(Z⩾aG),

Z∼Exp(1)G∼Ga(n−1,1)t⩾n/(n−k)P(Wk⩾tX¯)=0t<n/(n−k)a>0

P(Wk⩾tX¯)=∫0∞Ga(g|n−1,1)∫ag∞Exp(z|1)dzdg=∫0∞1Γ(n−1)gn−2exp⁡(−g)∫ag∞exp⁡(−z)dzdg=∫0∞1Γ(n−1)gn−2exp⁡(−g)(1−exp⁡(ag))dg=∫0∞1Γ(n−1)gn−2exp⁡(−g)dg−∫0∞1Γ(n−1)gn−2exp⁡(−(a+1)g)dg=1−(a+1)−(n−1)=1−(1−n−kn⋅t)n−1.

tt=0t=nn−k

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.