ค่าที่คาดหวังของลอการิทึมของการแจกแจงแกมมาคืออะไร?


14

หากค่าที่คาดหวังของคือค่าคาดหวังของ ? สามารถคำนวณเชิงวิเคราะห์ได้หรือไม่?Gamma(α,β)αβlog⁡(Gamma(α,β))

การตั้งพาราเมทริกที่ฉันใช้คืออัตรารูปร่าง


4
ถ้า , จากนั้นตาม mathStatica / Mathematica, + PolyGamma [a], ที่ PolyGamma หมายถึงฟังก์ชัน digammaE [ log ( X ) ] = บันทึก( b )X∼Gamma(a,b)E[log⁡(X)]=log⁡(b)
— wolfies

1
ฉันควรเพิ่มว่าคุณไม่ได้ให้รูปแบบ pdf ของตัวแปร Gamma ของคุณและเนื่องจากคุณรายงานว่าค่าเฉลี่ยคือ (สำหรับฉันแล้วมันจะเป็นดูเหมือนว่าคุณใช้สัญกรณ์แตกต่างจากฉันอยู่ที่ไหน youra b β = 1 / bα/βabβ=1/b
— wolfies

จริงขอโทษ การตั้งพาราเมทริกที่ฉันใช้คืออัตรารูปร่าง ฉันจะพยายามค้นหามันสำหรับการตั้งชื่อแบบนี้ . คุณช่วยแนะนำการค้นหาสำหรับ Mathematica / WolframAlpha ได้ไหม βαΓ(α)xα−1e−βx
— Stefano Vespucci

1
ดูเพิ่มเติม Johnson, Lotz และ Balakrishna (1994) การแจกแจง univariate ต่อเนื่องเล่ม 1 2nd Ed หน้า 337-349
— Björn

คำตอบ:


16

หนึ่งนี้ (อาจจะน่าแปลกใจ) สามารถทำได้ด้วยการดำเนินงานระดับประถมศึกษาง่าย (ใช้เคล็ดลับที่ชื่นชอบของ Richard Feynman ของการแยกความแตกต่างภายใต้สัญลักษณ์สำคัญที่เกี่ยวกับพารามิเตอร์)


เราสมมติว่ามีการกระจายและเราต้องการค้นหาความคาดหวังของ ก่อนอื่นเนื่องจากเป็นพารามิเตอร์สเกลผลของมันจะเปลี่ยนลอการิทึมโดย (หากคุณใช้เป็นพารามิเตอร์ให้คะแนนดังเช่นในคำถามจะเปลี่ยนลอการิทึมโดย ) สิ่งนี้ทำให้เราสามารถทำงานกับ caseXΓ(α,β)Y=log⁡(X).βเข้าสู่ระบบβ β - บันทึกβ β = 1log⁡β.β−log⁡β.β=1.

หลังจากการทำให้เข้าใจง่ายนี้องค์ประกอบความน่าจะเป็นของคือX

fX(x)=1Γ(α)xαe−xdxx

โดยที่เป็นค่าคงที่ normalizingΓ(α)

Γ(α)=∫0∞xαe−xdxx.

แทนซึ่งเป็นรายละเอียดให้องค์ประกอบความน่าจะเป็นของ ,x=ey,dx/x=dy,Y

fY(y)=1Γ(α)eαy−eydy.

ตอนนี้ค่าที่เป็นไปได้ของอยู่เหนือจำนวนจริงทั้งหมดYR.

เนื่องจากต้องรวมเข้ากับความสามัคคีเราจึงได้รับ (เล็กน้อย)fY

(1)Γ(α)=∫Reαy−eydy.

ขอให้สังเกตว่าเป็นฟังก์ชั่น differentiable ของการคำนวณที่ง่ายช่วยให้fY(y)α.

ddαeαy−eydy=yeαy−eydy=Γ(α)yfY(y).

ขั้นตอนต่อไปใช้ประโยชน์จากความสัมพันธ์ที่ได้รับโดยการหารทั้งสองด้านของตัวตนนี้โดยดังนั้นจึงเผยให้เห็นวัตถุที่เราต้องรวมเข้าด้วยกันเพื่อค้นหาความคาดหวัง; คือΓ(α),yfY(y):

E(Y)=∫RyfY(y)=1Γ(α)∫Rddαeαy−eydy=1Γ(α)ddα∫Reαy−eydy=1Γ(α)ddαΓ(α)=ddαlog⁡Γ(α)=ψ(α),

อนุพันธ์ลอการิทึมของฟังก์ชันแกมม่า (aka " polygamma ") อินทิกรัลถูกคำนวณโดยใช้เอกลักษณ์(1).

การแนะนำปัจจัยแสดงผลลัพธ์ทั่วไปคือβ

E(log⁡(X))=log⁡β+ψ(α)

สำหรับการปรับขนาดพารามิเตอร์ (ที่ฟังก์ชันความหนาแน่นขึ้นอยู่กับ ) หรือx/β

E(log⁡(X))=−log⁡β+ψ(α)

สำหรับอัตราพารามิเตอร์ (ที่ฟังก์ชันความหนาแน่นขึ้นอยู่กับ )xβ


ด้วยฟังก์ชัน polygamma คุณหมายถึงคำสั่งใด (เช่น 0,1) เป็น digamma (ตามที่ @wolfies ชี้), trigamma?
— Stefano Vespucci

1
@tefano ฉันหมายถึงอนุพันธ์ลอการิทึมของแกมม่าตามที่ระบุไว้ นั่นหมายความว่าψ(z)=Γ′(z)/Γ(z).
— whuber

14

คำตอบของ @whuber นั้นค่อนข้างดี ฉันจะเน้นย้ำคำตอบของเขาในรูปแบบทั่วไปซึ่งเชื่อมโยง (ในความคิดของฉัน) ได้ดีขึ้นด้วยทฤษฎีทางสถิติและทำให้ชัดเจนถึงพลังของเทคนิคโดยรวม

พิจารณาครอบครัวของการแจกแจงซึ่งเป็นที่ยอมรับของครอบครัวชี้แจงซึ่งหมายความว่าพวกเขายอมรับความหนาแน่น ด้วยความเคารพต่อมาตรการที่ใช้กันทั่วไป (โดยทั่วไปคือ Lebesgue หรือการนับจำนวน) การแยกความแตกต่างของ ด้วยความเคารพเราไปถึงสมการคะแนน โดยที่เป็นฟังก์ชันคะแนน{Fθ:θ∈Θ}

fθ(x)=exp⁡{s(x)θ−A(θ)+h(x)}

∫fθ(x) dx=1
θ
(†)∫fθ′(x)=∫fθ′(x)fθ(x)fθ(x)=∫uθ(x)fθ(x) dx=0
uθ(x)=ddθlog⁡fθ(x)และเราได้กำหนดไว้(x) ในกรณีของตระกูลเอ็กซ์โปเนนเชียลเรามี โดยที่ ; บางครั้งเรียกว่าฟังก์ชัน cumulantเนื่องจากมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับฟังก์ชัน cumulant มันดังต่อไปในขณะนี้จากที่theta)fθ′(x)=ddθfθ(x)
uθ(x)=s(x)−A′(θ)
A′(θ)=ddθA(θ)(†)Eθ[s(X)]=A′(θ)

ตอนนี้เราแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถคำนวณความต้องการที่คาดหวังได้ เราสามารถเขียนความหนาแน่นของแกมม่าด้วยคงที่เป็นตระกูลเลขชี้กำลัง นี้เป็นครอบครัวที่ชี้แจงในคนเดียวกับและ\ ตอนนี้จะติดตามทันทีโดยการคำนวณที่ β

fθ(x)=βαΓ(α)xα−1e−βx=exp⁡{log⁡(x)α+αlog⁡β−log⁡Γ(α)−βx}.
αs(x)=log⁡xA(α)=log⁡Γ(α)−αlog⁡βddαA(α)
E[log⁡X]=ψ(α)−log⁡β.


2
+1 ขอบคุณที่ชี้ให้เห็นถึงลักษณะทั่วไปที่ดีนี้
— whuber
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.