楕円上の均一分布の相関係数


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私は現在、楕円の内部の一様分布の相関係数を主張する論文を読んでいます

fX,Y(x,y)={constantif (x,y) inside the ellipse0otherwise

によって与えられます

ρ=1−(hH)2

ここで、とは、それぞれ中央と両端の垂直方向の高さです。hH

ここに画像の説明を入力してください

著者は彼がどのようにそれに到達したかを明らかにせず、代わりに、スケールを変更し、回転し、平行移動し、そしてもちろん統合する必要があるとだけ述べています。私は彼のステップをたどってみたいと思いますが、私はそれで少し迷っています。したがって、いくつかのヒントに感謝します。

前もって感謝します。

ああ、そして記録のために

シャティヨン、ガイ。「バルーンは、相関係数の大まかな推定値を決定します。」アメリカ統計学者38.1(1984):58-60

とても面白いです。


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楕円の表現を書いてもらえますか?"極端に高さ"標準楕円ため意味をなさない:、それは高さ有しているのでで両極端。実際、が標準楕円の内部に均一に分布している場合、です。0(X、Y)ρ=0
x2a2+y2b2=1
0(X,Y)ρ=0
— Dilip Sarwate、2015年

@DilipSarwateええ、私は標準的なケースを試してを計算しましたが、そこには問題はありませんでした。しかし、スケーリングや回転などが必要な他のケースについてはどうですか?ρ=0
— JohnK、2015年

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操作全体が根本的に間違っているようです。「スケールの変更」の部分は均一性を破壊します。真に均一な分布は、曲線の狭い(ユークリッド)バッファー内の制限分布として達成されるか、円弧長によって均一になります。どちらの場合でも、正規化定数は完全な楕円関数であり、ここで与えられた式を単純化することはおそらくできません。と意味はませんが、例として、長軸が短軸の2倍で、角度で傾いた楕円の相関係数はになります。H π / 6 0.78004hHπ/60.78004
— whuber

@whuberとが何を表しているのかを説明する紙の図を含めましたが、これにより明確になることを願っています。HhH
— JohnK、2015年

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完全で完全な回答が必要な場合は、stats.stackexchange.com / a / 71303/919の私の投稿に記載されています。結局のところ、楕円が円である場合、ユニフォームは(明らかに)円対称であるため、その答えのほぼすべてが直接適用されます。ない水平楕円の回転として楕円を表示することにより、特に、しかしとしてスキュー形質転換のための式ので、明らかになる(使用「楕円を作成する方法」セクションの表記法)。√ρ1−ρ2=λ=h/H
— whuber

回答:


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ましょう均一に楕円の内部に分散させることが 及び半あります楕円の軸。次に、とは限界密度があります あり、ことが簡単にわかり。また、 x 2(バツ、Y)abXY f X(x)

バツ2a2+y2b2=1
abバツY
fバツ(バツ)=2πa2a2−バツ21−a、a(バツ)、fバツ(バツ)=2πb2b2−y21−b、b(y)、
σ 2 X = E [ X 2 ]E[バツ]=E[Y]=0σ2Y=B2
σバツ2=E[バツ2]=2πa2∫aaバツ2a2−バツ2dバツ=4πa2∫0aバツ2a2−バツ2dバツ=4πa2×a412Γ(3/2)Γ(3/2)Γ(3)=a24、
、および同様に、。最後に、 とは無相関の確率変数です。 XYσY2=b24バツY

ましょう で回転変換を適用する。次に、 は、軸が軸と軸と一致しない楕円の内部に均一に分布します。しかし、とがゼロ平均確率変数であり、それらの分散がであることを確認するのは簡単です さらに、 (X、Y)(U、V)U

U=バツcos⁡θ−Y罪⁡θV=バツ罪⁡θ+Ycos⁡θ
(バツ、Y)(U、V)あなたU V σ 2 UvUV COV(U、V)=(σ2X-σ2Y
σU2=a2cos2⁡θ+b2罪2⁡θ4σV2=a2罪2⁡θ+b2cos2⁡θ4
cov⁡(U、V)=(σバツ2−σY2)罪⁡θcos⁡θ=a2−b28罪⁡2θ
の値を取得できます。ρU、V

ここで、内部が均一に分布している楕円は、(U、V)

(あなたcos⁡θ+v罪⁡θ)2a2+(−あなた罪⁡θ+vcos⁡θ)2b2=1、
つまり、 これはとして表すこともできます でに 設定すると、 。暗黙の分化しつつに対して、得られます
(cos2⁡θa2+罪2⁡θb2)あなた2+(罪2⁡θa2+cos2⁡θb2)v2+((1a2−1b2)罪⁡2θ)あなたv=1、
(1)σV2⋅あなた2+σU2⋅v2−2ρU、VσUσV⋅あなたv=a2b24
あなた=0(1)h=abσU(1)あなた
σV2⋅2あなた+σU2⋅2vdvdあなた−2ρU、VσUσV⋅(v+あなたdvdあなた)=0、
つまり、楕円接線は、楕円の2点で 水平です の値はこれから計算でき、(上記の計算を実行する際に、私が間違いをしなかった場合に)希望の結果が得られます。(1)(あなた、v)
ρU、VσU⋅v=σv⋅あなた。
H

これは適切な直交回転行列です。ありがとうございます。
— JohnK、2015年
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