UMVUE จากในขณะที่สุ่มตัวอย่างจากประชากร


10

ปล่อยเป็นตัวอย่างแบบสุ่มจากความหนาแน่น(X1,X2,…,Xn)

fθ(x)=θxθ−110<x<1,θ>0

ฉันกำลังพยายามที่จะหา UMVUE ของtheta}θ1+θ

ความหนาแน่นรอยต่อของคือ(X1,…,Xn)

fθ(x1,⋯,xn)=θn(∏i=1nxi)θ−110<x1,…,xn<1=exp⁡[(θ−1)∑i=1nln⁡xi+nln⁡θ+ln⁡(10<x1,…,xn<1)],θ>0

เนื่องจากประชากร pdfเป็นสมาชิกของตระกูลเลขชี้กำลังหนึ่งพารามิเตอร์นี่แสดงให้เห็นว่าสถิติที่เพียงพอสำหรับคือfθθ

T(X1,…,Xn)=∑i=1nln⁡Xi

ตั้งแต่ตอนแรกจะให้ UMVUE ของให้ฉัน ทฤษฎีบท Lehmann-Scheffe ถ้าไม่แน่ใจว่าความคาดหวังที่มีเงื่อนไขนี้สามารถพบได้โดยตรงหรือหนึ่งที่มีการพบว่าเงื่อนไขการจำหน่าย x_iE(X1)=θ1+θE(X1∣T)θ1+θX1∣∑i=1nln⁡Xi

ในทางกลับกันฉันพิจารณาวิธีการต่อไปนี้:

เรามีเพื่อให้{2n}Xi∼i.i.dBeta(θ,1)⟹−2θln⁡Xi∼i.i.dχ22−2θT∼χ2n2

ดังนั้น TH เพื่อช่วงเวลาดิบเกี่ยวกับศูนย์ตามที่คำนวณโดยใช้ไคสแควร์เป็น pdfr−2θT

E(−2θT)r=2rΓ(n+r)Γ(n),n+r>0

ดังนั้นดูเหมือนว่าสำหรับทางเลือกที่แตกต่างกันของจำนวนเต็ม , ฉันจะได้รับประมาณเป็นกลาง (และ UMVUEs) ของอำนาจแตกต่างกันของจำนวนเต็ม\ตัวอย่างเช่นและให้ฉันเป็น UMVUE และตามลำดับrθE(−Tn)=1θE(1−nT)=θ1θθ

ตอนนี้เมื่อเรามี1}θ>1θ1+θ=(1+1θ)−1=1−1θ+1θ2−1θ3+⋯

ฉันสามารถรับ UMVUE ได้และอื่น ๆ ดังนั้นการรวม UMVUE เหล่านี้เป็นฉันจะได้รับที่จำเป็น UMVUE ของtheta} วิธีนี้ใช้ได้หรือฉันควรดำเนินการตามวิธีแรก? เนื่องจาก UMVUE นั้นไม่เหมือนใครเมื่อมีอยู่ทั้งคู่ควรให้คำตอบเดียวกันกับฉัน1θ,1θ2,1θ3θ1+θ

เพื่อความชัดเจนฉันได้รับ

E(1+Tn+T2n(n+1)+T3n(n+1)(n+2)+⋯)=1−1θ+1θ2−1θ3+⋯

นั่นคือ

E(∑r=0∞Trn(n+1)...(n+r−1))=θ1+θ

เป็นไปได้หรือไม่ว่า UMVUE ที่ฉันต้องการคือเมื่อ ?∑r=0∞Trn(n+1)...(n+r−1)θ>1

สำหรับฉันจะได้รับและ UMVUE จะแตกต่างกัน0<θ<1g(θ)=θ(1+θ+θ2+⋯)


ด้วยความเชื่อมั่นว่าความคาดหวังตามเงื่อนไขในแนวทางแรกไม่สามารถพบได้โดยตรงและเนื่องจากฉันได้ดำเนินการต่อไป เพื่อหาสิ่งที่เงื่อนไขการจำหน่ายx_i เพื่อที่ผมจำเป็นต้องมีความหนาแน่นร่วมกันของx_i)E(X1∣∑ln⁡Xi=t)=E(X1∣∏Xi=et)X1∣∏Xi(X1,∏Xi)

ฉันใช้การเปลี่ยนแปลงของตัวแปรนั้นสำหรับ . สิ่งนี้นำไปสู่การสนับสนุนร่วมกันของเป็น\}(X1,⋯,Xn)→(Y1,⋯,Yn)Yi=∏j=1iXji=1,2,⋯,n(Y1,⋯,Yn)S={(y1,⋯,yn):0<y1<1,0<yj<yj−1 for j=2,3,⋯,n}

ปัจจัยจาโคเบียนเปิดออกมาเป็น1}J=(∏i=1n−1yi)−1

ดังนั้นฉันจึงมีความหนาแน่นร่วมของเป็น(Y1,⋯,Yn)

fY(y1,y2,⋯,yn)=θnynθ−1∏i=1n−1yi1S

ความหนาแน่นร่วมของจึงเป็น(Y1,Yn)

fY1,Yn(y1,yn)=θnynθ−1y1∫0yn−2∫0yn−3⋯∫0y11y3y4...yn−1dy2y2⋯dyn−2dyn−1

มีการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกันที่ฉันสามารถใช้ที่นี่ซึ่งจะทำให้ความหนาแน่นของข้อต่อลดลงมาอย่างยุ่งยากหรือไม่? ฉันไม่แน่ใจว่าฉันได้ทำการเปลี่ยนแปลงที่ถูกต้องที่นี่หรือไม่


จากคำแนะนำที่ยอดเยี่ยมในส่วนความคิดเห็นฉันพบความหนาแน่นร่วมของแทนความหนาแน่นร่วมโดยที่และx_i(U,U+V)(X1,∏Xi)U=−ln⁡X1V=−∑i=2nln⁡Xi

จะเห็นได้ทันทีว่าและเป็นอิสระU∼Exp(θ)V∼Gamma(n−1,θ)

และแน่นอนtheta)U+V∼Gamma(n,θ)

สำหรับความหนาแน่นข้อต่อของคือn>1(U,V)

fU,V(u,v)=θe−θu1u>0θn−1Γ(n−1)e−θvvn−21v>0

การเปลี่ยนตัวแปรฉันได้ความหนาแน่นร่วมของตาม(U,U+V)

fU,U+V(u,z)=θnΓ(n−1)e−θz(z−u)n−210<u<z

ดังนั้นความหนาแน่นตามเงื่อนไขของคือU∣U+V=z

fU∣U+V(u∣z)=(n−1)(z−u)n−2zn−110<u<z

ตอนนี้ UMVUE ของฉันคือตามที่ฉันพูดถูก ที่จุดเริ่มต้นของโพสต์นี้E(e−U∣U+V=z)=E(X1∣∑i=1nln⁡Xi=−z)

สิ่งที่ต้องทำคือหา

E(e−U∣U+V=z)=n−1zn−1∫0ze−u(z−u)n−2du

แต่อินทิกรัลสุดท้ายมีรูปแบบปิดในแง่ของฟังก์ชันแกมม่าที่ไม่สมบูรณ์ตามMathematicaและฉันสงสัยว่าจะต้องทำอย่างไร


คุณควรดำเนินการตามวิธีแรกโดยค้นหาการแจกแจงแบบมีเงื่อนไขของรูปแบบของสถิติที่เพียงพออาจทำงานได้ง่ายขึ้นในแอปพลิเคชันนี้ X[1]|∏Xi
— jbowman

1
ที่จุด (ก่อนหน้านี้) ที่คุณแนะนำคุณควรคำนึงถึงการทำงานในแง่ของตัวแปรเกือบจะทันทีที่พวกเขามีสัดส่วนกับการกระจายซึ่งช่วยลดปัญหาของคุณอย่างรวดเร็วในการพิจารณาการกระจายการร่วมกันของโดยที่และ นั่นจะทำให้ช็อตคัตเหลืออีกสองหน้าของคณิตศาสตร์และให้เส้นทางที่รวดเร็วในการแก้ปัญหา TYi=−log⁡Xi.Γ(1)(U,U+V)U∼Γ(1)V∼Γ(n−1).
— whuber

@whuber เพื่อความชัดเจนคุณแนะนำให้ฉันหาความหนาแน่นของก่อนและจากที่พบความหนาแน่นของ ? ฉันสังเกตเห็นว่าเป็นตัวแปรเลขชี้กำลังที่มี rate (ซึ่งเป็นตัวแปร Gamma ตามที่คุณพูด) แต่ไม่เคยคิดที่จะทำงานกับมัน (−ln⁡X1,−ln⁡X1−∑i=2nln⁡Xi)(X1,∏Xi)−ln⁡Xiθ
— StubbornAtom

1
@whuber แต่ฉันจะรับจากโดยตรงได้อย่างไร E(X1∣...)E(ln⁡X1∣...)
— StubbornAtom

1
@whuber กรุณาดูที่การแก้ไขของฉัน ฉันเกือบทำไปแล้ว แต่ไม่แน่ใจว่าจะทำอย่างไรกับอินทิกรัลนั้น ฉันค่อนข้างมั่นใจว่าการคำนวณของฉันถูกต้อง
— StubbornAtom

คำตอบ:


5

ปรากฎว่าทั้งสองวิธี (ความพยายามครั้งแรกของฉันและอีกครั้งขึ้นอยู่กับคำแนะนำในส่วนความคิดเห็น) ในโพสต์ต้นฉบับของฉันให้คำตอบเดียวกัน ฉันจะร่างทั้งสองวิธีที่นี่เพื่อตอบคำถามอย่างสมบูรณ์

ที่นี่หมายถึงความหนาแน่นแกมมาโดยที่และแสดงถึงการแจกแจงแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลด้วยค่าเฉลี่ย , ( ) เห็นได้ชัดว่า theta)Gamma(n,θ)f(y)=θnΓ(n)e−θyyn−11y>0θ,n>0Exp(θ)1/θθ>0Exp(θ)≡Gamma(1,θ)

ตั้งแต่สมบูรณ์เพียงพอสำหรับและโดยทฤษฎีบท Lehmann-Scheffe คือ UMVUE ของtheta} ดังนั้นเราต้องหาความคาดหวังแบบมีเงื่อนไขนี้T=∑i=1nln⁡XiθE(X1)=θ1+θE(X1∣T)θ1+θ

เราทราบว่าtheta)Xi∼i.i.dBeta(θ,1)⟹−ln⁡Xi∼i.i.dExp(θ)⟹−T∼Gamma(n,θ)

วิธีที่ 1:

ให้และดังนั้นและจึงเป็นอิสระ แท้จริงและหมายความtheta)U=−ln⁡X1V=−∑i=2nln⁡XiUVU∼Exp(θ)V∼Gamma(n−1,θ)U+V∼Gamma(n,θ)

ดังนั้น-t)E(X1∣∑i=1nln⁡Xi=t)=E(e−U∣U+V=−t)

ตอนนี้เราพบว่าเงื่อนไขการจำหน่ายของ VU∣U+V

สำหรับและความหนาแน่นรอยต่อของคือn>1θ>0(U,V)

fU,V(u,v)=θe−θu1u>0θn−1Γ(n−1)e−θvvn−21v>0=θnΓ(n−1)e−θ(u+v)vn−21u,v>0

การเปลี่ยนแปลงตัวแปรในทันทีนั้นความหนาแน่นของรอยต่อคือ(U,U+V)

fU,U+V(u,z)=θnΓ(n−1)e−θz(z−u)n−210<u<z

ให้จะมีความหนาแน่นของ V ดังนั้นความหนาแน่นตามเงื่อนไขของคือfU+V(⋅)U+VU∣U+V=z

fU∣U+V(u∣z)=fU,U+V(u,z)fU+V(z)=(n−1)(z−u)n−2zn−110<u<z

ดังนั้น UE(e−U∣U+V=z)=n−1zn−1∫0ze−u(z−u)n−2du

นั่นคือ UMVUE ของคือθ1+θ(1)E(X1∣T)=n−1(−T)n−1∫0−Te−u(−T−u)n−2du

วิธีที่สอง:

เมื่อเป็นสถิติที่สมบูรณ์เพียงพอสำหรับตัวประมาณค่าใด ๆ ของซึ่งเป็นฟังก์ชันของจะเป็น UMVUE ของโดยทฤษฎีบท Lehmann-Scheffe ดังนั้นเราจึงดำเนินการหาช่วงเวลาของซึ่งเรารู้จักการกระจายตัว เรามี,Tθθ1+θTθ1+θ−T

E(−T)r=∫0∞yrθne−θyyn−1Γ(n)dy=Γ(n+r)θrΓ(n),n+r>0

โดยใช้สมการนี้เราได้รับประมาณเป็นกลาง (และ UMVUE ของ) ของสำหรับทุกจำนวนเต็มr1/θrr≥1

ตอนนี้สำหรับเรามีθ>1θ1+θ=(1+1θ)−1=1−1θ+1θ2−1θ3+⋯

การรวมตัวประมาณค่าที่เป็นกลางของเราได้รับ1/θr

E(1+Tn+T2n(n+1)+T3n(n+1)(n+2)+⋯)=1−1θ+1θ2−1θ3+⋯

นั่นคือ

E(∑r=0∞Trn(n+1)...(n+r−1))=θ1+θ

ดังนั้นสมมติว่า , UMVUE ของคือθ>1θ1+θ(2)g(T)=∑r=0∞Trn(n+1)...(n+r−1)


ฉันไม่แน่ใจเกี่ยวกับกรณีที่ในวิธีที่สอง0<θ<1

ตามMathematicaสมการมีรูปแบบปิดในแง่ของฟังก์ชั่นแกมมาที่ไม่สมบูรณ์ และในสมการเราสามารถแสดงผลิตภัณฑ์ในแง่ของฟังก์ชันแกมมาปกติเป็น(n)} นี้อาจจะมีการเชื่อมต่อกันระหว่างและ(2)(1)(2)n(n+1)(n+2)...(n+r−1)n(n+1)(n+2)...(n+r−1)=Γ(n+r)Γ(n)(1)(2)

การใช้Mathematicaฉันสามารถตรวจสอบได้ว่าและเป็นสิ่งเดียวกัน(1)(2)


ในความเป็นจริงความเท่าเทียมกันระหว่างและตามมาด้วยการเขียนการขยายอนุกรมกำลังของในจากนั้นจึงเปลี่ยนอินทิกรัลและผลรวม (1)(2)e−u(2)
— StubbornAtom

1

ฉันคิดว่าเราสามารถหาคำตอบที่กระชับกว่าที่คุณพูดถึงเกี่ยวกับฟังก์ชันแกมม่าที่ไม่สมบูรณ์ด้านบน ใช้วิธีแรกฉันพบการแสดงออก

E[X1|X1X2⋯Xn=eT]=(n−1)∫01zr(1−r)n−zdr,
ที่z=eT.

Wolfram Alpha รวมสิ่งนี้เพื่อรับ

E[X1|X1X2⋯Xn=eT]=eT(n−1)Tn−1[(n−2)!−Γ(n−1,T)]

ตอนนี้คำฟังก์ชันแกมมาที่ไม่สมบูรณ์จะมีรูปแบบปิดเมื่อเป็นจำนวนเต็ม มันคือn

Γ(n−1,T)=Γ(n−1)eT∑j=0n−2Tjj!

เราคาดหวังการเขียนใหม่และทำให้ง่ายขึ้น

E[X1|X1X2⋯Xn=eT]=Γ(n)Tn−1[eT−∑j=0n−2Tjj!]

ฉันไม่สามารถเข้าถึงซอฟต์แวร์ที่จะตรวจสอบความเท่าเทียมกันกับผลลัพธ์ของคุณและแต่การคำนวณด้วยมือสำหรับและตรงกับคุณ(1)(2)n=2n=3(1)


ที่ที่คุณเขียนคุณควรจะมีE⁡[X1∣x1x2⋯xn=eT],E⁡[X1∣X1X2⋯Xn=eT].
— Michael Hardy
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.