間隔の比率分布とサンプルの意味は何ですか?


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レッツ平均でIID指数確率変数のサンプルで、および聞かせて、このサンプルから順序統計こと。ましょう。X1,…,XnβX(1),…,X(n)X¯=1n∑i=1nXi

間隔を定義各も指数関数的であり、平均がことを示すことができます。

Wi=X(i+1)−X(i) ∀ 1≤i≤n−1.
Wiβi=βn−i

質問:が既知で負でない場合、どのように見つけますか?P(WiX¯>t)t

試行:これは1-F_ {W_i} \ left(t \ bar X \ right)に等しいことを知っています1−FWi(tX¯)。したがって、私は次のような総確率の法則を使用しました:

P(Wi>tX¯)=1−FWi(tX¯)=1−∫0∞FWi(ts)fX¯(s)ds,

乱雑に変わりますが、扱いやすい統合だと思います。

私はここで正しい軌道に乗っていますか?これは総確率の法則の有効な使用ですか?

別のアプローチは、差の分布を見ることかもしれません:

P(Wi−tX¯>0)

または、合計を分解することもできます:

P(Wi−tX¯>0)=P((X(i+1)−X(i))+tn(X(1)+⋯+X(n)))

指数関数的な場合の解決策は素晴らしいですが、分布に対するある種の一般的な制約がさらに良いでしょう。あるいは、少なくとも、その瞬間は、チェビシェフとマルコフの不等式を与えるのに十分でしょう。


更新:最初のメソッドからの積分です:

1−∫0∞(1−exp⁡(−tsβi))(1Γ(n)βnsn−1exp⁡(−βs))ds1−∫0∞(1−exp⁡(−(n−i)tsβ))(1Γ(n)βnsn−1exp⁡(−βs))ds

私はしばらくそれをいじっていて、どこに行くべきかわかりません。


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括弧の項を分配すると、得られる積分は比較的簡単に見えます。変数を変更すると、ガンマ関数が表示されるようになります。
— Alex R.

@AlexRは確かにそうですが、途中まで行った後、それが0と1の間に制限されないのではないかと疑い始めました。問題を正しく設定したことの確認をもっと探しています。私は自分自身不可欠と動けなくなる場合は、私はMath.SEに頼むよ
— shadowtalker

回答:


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ここでの問題は、独立していない確率変数に関連するイベントがあることです。独立した増分を比較するようにイベントを操作することにより、問題を単純化して解決できます。これを行うには、最初に、場合、各注文統計は次のように記述できることに注意してください。X1,...,XN∼IID Exp(β)

X(k)=β∑i=1kZin−i+1,

ここで、(たとえば、Renyi 1953、David and Nagaraja 2003を参照)。これにより、と書くことができ、標本平均を次のように書くことができます。W 、K = β Z K + 1 /(N - K )Z1,Z2,...,Zn∼IID Exp(1)Wk=βZk+1/(n−k)

X¯≡βn∑k=1nX(k)=βn∑k=1n∑i=1kZin−i+1=βn∑i=1n∑k=inZin−i+1=βn∑i=1nZi.

分析を容易にするために、数量を定義します。

a≡t(n−k)n−t(n−k).

場合次のようになります。a>0

P(Wk⩾tX¯)=P(Zk+1n−k⩾tn∑i=1nZi)=P(nn−k⋅Zk+1⩾t∑i=1kZi)=P((nn−k−t)Zk+1⩾t∑i≠kZi)=P((nn−k−t)Z⩾tG)=P(Z⩾aG),

ここで、およびは独立した確率変数です。の自明なケースでは、ます。非自明なケースのために我々は、関心のある確率です。G 〜のGa (N - 1 、1 )T ⩾ N /(N - K )P(WZ∼Exp(1)G∼Ga(n−1,1)t⩾n/(n−k)P(Wk⩾tX¯)=0t<n/(n−k)a>0

P(Wk⩾tバツ¯)=∫0∞ガ(g|ん−1、1)∫ag∞Exp(z|1)dzdg=∫0∞1Γ(ん−1)gん−2exp⁡(−g)∫ag∞exp⁡(−z)dzdg=∫0∞1Γ(ん−1)gん−2exp⁡(−g)(1−exp⁡(ag))dg=∫0∞1Γ(ん−1)gん−2exp⁡(−g)dg−∫0∞1Γ(ん−1)gん−2exp⁡(−(a+1)g)dg=1−(a+1)−(ん−1)=1−(1−ん−kん⋅t)ん−1。

この答えは直感的に合理的です。この確率はで厳密に減少しており、場合は単位確率、場合はゼロ確率です。t = 0 t = ntt=0t=んん−k

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