ผลรวมและผลผลิตของเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมสองตัวนั้นเป็นเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมหรือไม่?


12

สมมติว่าฉันมีความแปรปรวนเมทริกซ์และYตัวเลือกใดในตัวเลือกเหล่านี้คือเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมเช่นกันYXY

  1. X+Y
  2. X2
  3. XY

ฉันมีปัญหานิดหน่อยที่จะเข้าใจว่าอะไรคือสิ่งที่จำเป็นสำหรับเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วม ฉันคิดว่ามันมีความหมายว่าเช่นถ้าและที่ 1 จริงถือเราควรมีโดยที่และเป็นตัวแปรสุ่มอื่น ๆ อย่างไรก็ตามฉันไม่สามารถมองเห็นสาเหตุที่จะถือเป็นจริงสำหรับหนึ่งในสามตัวเลือก ข้อมูลเชิงลึกใด ๆ จะได้รับการพิจารณาY = cov ( Y 1 , Y 2 ) cov ( X 1 , X 2 ) + cov ( Y 1 , Y 2 ) = cov ( Z 1 , Z 2 ) Z 1 Z 2 ZX=cov⁡(X1,X2)Y=cov⁡(Y1,Y2)cov⁡(X1,X2)+cov⁡(Y1,Y2)=cov⁡(Z1,Z2)Z1Z2

คำตอบ:


12

พื้นหลัง

เมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมสำหรับเวกเตอร์ของตัวแปรสุ่มรวบรวมขั้นตอนการคำนวณความแปรปรวนของการรวมกันเชิงเส้นของตัวแปรสุ่มเหล่านั้น กฎคือว่าสำหรับเวกเตอร์ของสัมประสิทธิ์ , X = ( X 1 , X 2 , … , X n ) ′ λ = ( λ 1 , … , λ n )AX=(X1,X2,…,Xn)′λ=(λ1,…,λn)

(1)Var⁡(λX)=λAλ′.

กล่าวอีกนัยหนึ่งกฎการคูณเมทริกซ์อธิบายกฎของผลต่าง

คุณสมบัติสองประการของนั้นชัดเจนและชัดเจน:A

  1. เนื่องจากความแปรปรวนเป็นความคาดหวังของค่ากำลังสองพวกเขาจึงไม่มีทางเป็นลบได้ ดังนั้นสำหรับเวกเตอร์ทั้งหมด ,เมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมต้องไม่เป็นลบแน่นอน0 ≤ Var ( λ X ) = λ λ 'λ

    0≤Var⁡(λX)=λAλ′.
  2. ความแปรปรวนเป็นเพียงตัวเลข - หรือถ้าคุณอ่านสูตรเมทริกซ์อย่างแท้จริงมันจะเป็นคูณเมทริกซ์ ดังนั้นพวกเขาจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อคุณเปลี่ยนพวกเขา Transposingให้ เนื่องจากสิ่งนี้มีไว้สำหรับ ,จะต้องมีค่าทรานสโพสมัน : เมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมจะต้องสมมาตร( 1 ) λ λ ' = Var ( λ X ) = Var ( λ X ) ' = ( λ λ ' ) ' = λ ' λ ' λ A A ′1×1(1)

    λAλ′=Var⁡(λX)=Var⁡(λX)′=(λAλ′)′=λA′λ′.
    λAA′

ผลลัพธ์ที่ลึกกว่าคือเมทริกซ์สมมาตรAที่ไม่เป็นลบแน่นอนคือเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วม นี่หมายความว่ามีตัวแปรสุ่มเวกเตอร์ที่มีค่ามีเป็นความแปรปรวนร่วม เราอาจแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนนี้โดยการสร้างXวิธีหนึ่งคือสังเกตว่าฟังก์ชันความหนาแน่น (หลายตัวแปร)พร้อมคุณสมบัติมีสำหรับความแปรปรวนร่วม (จำเป็นต้องใช้ความละเอียดอ่อนบางอย่างเมื่อไม่สามารถย้อนกลับได้ - แต่นั่นเป็นเพียงรายละเอียดทางเทคนิค) A Xf( x 1 ,…, x n )บันทึก(f)∝- 1XAXf(x1,…,xn)

log⁡(f)∝−12(x1,…,xn)A−1(x1,…,xn)′
AA

โซลูชั่น

ปล่อยและเป็นเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วม เห็นได้ชัดว่าพวกมันเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส และถ้าผลรวมของพวกเขาคือการทำให้รู้สึกใด ๆ พวกเขาจะต้องมีมิติเดียวกัน เราต้องการตรวจสอบเพียงสองคุณสมบัติเท่านั้นXY

  1. ผลรวม.

    • สมมาตร แสดง ผลรวมนั้นสมมาตร
      (X+Y)′=X′+Y′=(X+Y)
    • ความไม่แน่นอนเชิงลบ ให้เป็นเวกเตอร์ใดก็ได้ จากนั้นพิสูจน์จุดโดยใช้คุณสมบัติพื้นฐานของการคูณเมทริกซ์λ
      λ(X+Y)λ′=λXλ′+λYλ′≥0+0=0
  2. ฉันปล่อยให้สิ่งนี้เป็นการออกกำลังกาย

  3. อันนี้ช่างยุ่งยาก วิธีหนึ่งที่ฉันใช้ในการคิดผ่านปัญหาเมทริกซ์ที่ท้าทายคือทำการคำนวณด้วยเมทริกซ์มีบางอย่างร่วมกันฝึกอบรมคุ้นเคยแปรปรวนขนาดนี้เช่นมีกับและ0 ข้อกังวลคืออาจไม่แน่นอน: นั่นคือมันสามารถสร้างค่าลบเมื่อคำนวณความแปรปรวนได้หรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้นเราควรมีสัมประสิทธิ์เชิงลบในเมทริกซ์ ที่แสดงให้เห็นพิจารณาสำหรับ1 เพื่อให้ได้สิ่งที่น่าสนใจเราอาจเริ่มต้นด้วยเมทริกซ์2×2

    (abba)
    a2≥b2a≥0XY
    X=(a−1−1a)
    a≥1Yด้วยโครงสร้างที่ดูแตกต่าง การฝึกอบรมในแนวทแยงมาใจเช่นกับ0 (สังเกตว่าเราอาจเลือกสัมประสิทธิ์บางอย่างเช่นและได้อย่างอิสระเพราะเราสามารถ rescale รายการทั้งหมดในเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมใด ๆ โดยไม่ต้องเปลี่ยนคุณสมบัติพื้นฐานสิ่งนี้ช่วยลดความยุ่งยากในการค้นหาตัวอย่างที่น่าสนใจ)
    Y=(b001)
    b≥0−11

    ฉันปล่อยให้คุณคำนวณแล้วทดสอบว่ามันคือเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมเสมอสำหรับค่าและอนุญาตหรือไม่XYab


13

เมทริกซ์ที่แท้จริงคือเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมถ้าหากมันเป็นสมการกึ่งบวกแน่นอน

คำแนะนำ:

1) ถ้าและเป็นสมมาตรสมมาตรหรือไม่ หากสำหรับและสำหรับใด ๆคุณสามารถสรุปเกี่ยวกับอย่างไรY X + Y z T X z ≥ 0 z z T Y z ≥ 0 z z T ( X + Y ) zXYX+YzTXz≥0zzTYz≥0zzT(X+Y)z

2) ถ้าสมมาตรคือสมมาตรหรือไม่ หากค่าลักษณะเฉพาะของไม่เป็นลบคุณสามารถสรุปเกี่ยวกับค่าลักษณะเฉพาะของอย่างไรX 2 X X 2XX2XX2

3) ถ้าและสมมาตรคุณสามารถสรุปว่านั้นสมมาตรหรือคุณสามารถหาตัวอย่างเคาน์เตอร์ได้หรือไม่?Y X YXYXY

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