平均と分散がわかっている場合、2変量正規データの共分散の最尤推定値は何ですか?


10

平均としてゼロ、分散として1を持つ2変量正規分布からの無作為標本があるとすると、唯一の未知のパラメーターは共分散です。共分散のMLEとは何ですか?私はそれが1のようなものでなければならないことを知っていますしかし、これをどうやって知るのでしょうか?1n∑j=1nxjyj


1
スターターとして、あなたはそれが持つ意味を推定するビットuncleverだとは思わないとˉ yの実際に我々は、彼らが0と0であることを知っていますか?x¯y¯
— Wolfgang

非常に賢い、それを修正しました。これがどのように簡単に続くことができるかまだわかりません。これはサンプル分散に類似していますが、なぜMLEなのですか(そうでない場合、別の間違いを犯さない限り)
— Stacy

削除しましたか?この式を取ることは、あなたが考えるという意味ではありません ˉ のxと ˉ yの手段の推定値として。1n∑i=1n(xi−x¯)(yi−y¯)x¯y¯
— ステファン・ローラン

@StéphaneLaurentはい、最初の投稿では、あなたが書いたとおりの式が与えられました。
— Wolfgang

回答:


11

相関係数の推定量(2変量標準正規の場合は共分散に等しい)

r~=1n∑i=1nxiyi

モーメント法推定量であるサンプル共分散です。それが最尤推定量と一致している場合を見てみましょうρ。ρ^

相関係数を有する二変量標準正規の関節密度 ありますρ

f(x,y)=12π1−ρ2exp⁡{−x2+y2−2ρxy2(1−ρ2)}

したがって、サイズ iidサンプルの対数尤度はn

ln⁡L=−nln⁡(2π)−n2ln⁡(1−ρ2)−12(1−ρ2)∑i=1n(xi2+yi2−2ρxiyi)

(ここで、iidの仮定は、もちろん2次元の母集団からの各描画に関するものです)

に関する導関数を取り、それをゼロに設定すると、ρに 3次の多項式が得られます。ρρ

ρ^:nρ^3−(∑i=1nxiyi)ρ^2−(1−1n∑i=1n(xi2+yi2))nρ^−∑i=1nxiyi=0

ρ

(1/n)∑i=1n(xi2+yi2)=(1/n)S2XYn

ρ^:ρ^3−r~ρ^2+[(1/n)S2−1]ρ^−r~=0

⇒ρ^(ρ^2−r~ρ^+[(1/n)S2−1])=r~

ρ^=r~(1/n)S2=2

ρ^≠r~

ρ=0.6n=1.000

∑i=1nxiyi=522.05,S2=1913.28

モーメント法推定器は

r~=522.051000=0.522

対数尤度はどうなりますか?視覚的には、

ここに画像の説明を入力してください

数値的には、

ρ1st derivlnL0.5−70.92−783.650.51−59.41−782.470.52−47.7−781.480.53−35.78−780.680.54−23.64−780.10.55−11.29−779.750.561.29−779.640.5714.1−779.810.5827.15−780.270.5940.44−781.050.653.98−782.18

また、対数尤度には前に最大のtad があり、1次導関数もゼロになります。表示されていないの値に驚きはありません。また、1次導関数には他のルートがありません。ρ=0.56(ρ^=0.558985)ρ

したがって、このシミュレーションは、最尤推定量がモーメント法推定量(2つのrv間のサンプル共分散)と等しくないという結果と一致しています。

しかし、「みんな」がそうすべきだと言っているように見えるので、誰かが説明を考えるべきです。

更新

MLEがモーメント法推定器であることを証明するリファレンス:Anderson、TW、&Olkin、I.(1985)。多変量正規分布のパラメーターの最尤推定。線形代数とその応用、70、147-171。
ここですべての平均と分散が自由に変化し、固定されていないことが重要ですか?

...おそらくはい、別の(現在は削除された)回答での@guyのコメントは、指定された平均および分散パラメーターを使用して、2変量法線が曲線指数ファミリーのメンバーになる(したがって、一部の結果とプロパティが変更される)ためです...これは、2つの結果を調整できる唯一の方法のようです。


1
これは少し意外なことですが、少し考えてみると予想されます。問題は、モデルの回帰係数を推定すると言い換えることができます。ここで、です。これは線形モデルではないため、MLEが単純な内積であると期待する理由はありません。同じロジックは、しかわからない場合、MLEはであり、しかわからない場合はあることを示しています(私はそう思います!)。。どちらも知らない場合は、MOM見積もりを入手します。ρY=ρX+ϵϵ∼N(0,1−ρ22)Var(X)x′y/x′xx′y/y′yVar(Y)
— 男14

1
@guy:非常に興味深い。これらの議論は、少し拡張されたとしても、別の回答として投稿するのに十分です。
— アメーバはモニカを元に戻す

@guyこの定式化は同等ではないと思います。なぜなら、設定された回帰の対数尤度には、平方。に取り付けられた係数二変量密度製剤中に存在しません。ϵ2=(y−ρx)2=y2−2ρxy+ρ2x2ρ2x2
— Alecos Papadopoulos 2014

私の推測はです。想像してと、次いで推定が期待されています。1n∑i=1n(xi−x¯)(yi−y¯)n=2y1=y20
— ステファン・ローラン

1
@AlecosPapadopoulos。項は分母によってキャンセルされるため、元の対数尤度に寄与するデータからの唯一の項は。しかし、これは有名な因数分解、。しかし、という用語を含めることを怠ったため、他の主張は間違っています。x2+y2−2ρxy=(1−ρ2)x2+(y−ρx)2(1−ρ2)x2(1−ρ2)(y−ρx)2/(1−ρ2)[ Y | X ] 〜N (μ Y + ρ X σ YX∼N(μX,σX2)σY/σX[Y|X]∼N(μY+ρXσYσX(X−μX),σY|X21−ρ22)σY/σX
— 男14

2

μX=μY=0σX=σY=1n

L(ρ|X,Y)=1(2π[1−ρ2])n/2exp⁡[−12(1−ρ2)(X′X−2ρX′Y+Y′Y)].

ρρ^

弊社のサイトを使用することにより、あなたは弊社のクッキーポリシーおよびプライバシーポリシーを読み、理解したものとみなされます。
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.