被加数がランダムな独立指数の和の分布


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してみましょう独立同一のパラメータを持つ指数関数分布することが。次に、指定された、これらの値の合計 は、確率密度関数を使用したアーラン分布に従います τi∼exp⁡(λ)λn

Tn:=∑i=0nτi
π(Tn=T|n,λ)=λnTn−1e−λT(n−1)!for T,λ≥0.

私は分布に興味があります。ここで、は確率変数で、指数分布する場合、 Tn~n~τa∼exp⁡(λa)

Tn~≤τaTn~+1>τa.

つまり、は指数分布で切り捨てられます。分布の導出に失敗しましたが、おそらくもっと簡単な方法があります: Tn~n~

π(n~=k)=π(Tn<τa|n=k)=1−∫R+∑n=0k−11n!exp⁡(−(λ+λa)τa)(τλa)nλadτa.

しかし、この密度はそれほど醜くはないように、サンプリングして目を見張るだけで私には見えます。

iter <- 20000

lambda_a <- 1
lambda <- 2

df <- data.frame(tau=rep(NA, iter), a=rep(NA, iter))

for(i in 1:iter){
    set.seed(i)
    a <- rexp(1, rate = lambda_a)
    s <- cumsum(rexp(500, rate = lambda))

    df[i,] <- c(max(s[1], s[s<a]), a)
}

library(tidyverse)

ggplot(df %>% gather(), aes(x = value, fill = key)) +
geom_density(alpha = .3) + theme_bw()

ここに画像の説明を入力してください


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と合計両方に同じ表記を使用しないことをお勧めします。τiτn
— ブラゾフエルテ

1
Erlangのより標準的な名前は、ガンマ分布です。
— 西安

回答:


6

このX検証済みの回答で詳述されているように、iid 指数変量の合計が1を超えるのを待つと、ポアソン変量ます。よっての和を待っIID指数超え変量ポアソン生成変量上の条件を、によって和を割るため(乗算する量による指数パラメータ。したがって、 E(λ)P(λ)NE(λ)τaP(τaλ)Nτaτaτa

P(N=n)=∫0∞P(N=n|τa)λae−λaτadτa=∫0∞(λτa)nn!e−τaλλae−λaτadτa=λaλnn!∫0∞τane−τa(λ+λa)dτa=λaλnn!Γ(n+1)(λa+λ)n+1=λaλn(λa+λ)n+1
幾何学的なランダム変数。(ここで、幾何変量は多数の失敗です。つまり、サポートはゼロから始まります。)G(λa/{λa+λ})

今考慮試行の幾何数、の分布の積率母関数である とmgf幾何学的変量の 、モーメント生成関数はNN≥1

ζ=∑i=1Nτi
ζ
E[ezζ]=E[ez{τ1+⋯+τN}]=EN[Eτ1[ezτ1]N]=EN[{λ/(λ−z)}N]=EN[eN(ln⁡λ−ln⁡(λ−z))]
G(p)
φN(z)=pez1−(1−p)ez
ζ
peln⁡λ−ln⁡(λ−z)1−(1−(λa/{λa+λ}))eln⁡λ−ln⁡(λ−z)=pλλ−z−λ2/{λa+λ}
ここで、、これはmfg は、が指数変量であることを意味します。p=λa/{λa+λ}
λλa/{λa+λ}λ−z−λλa/{λa+λ}2=11−z(pλ)−1
ζE(λλa/{λa+λ})


1
@ Xi'anに感謝します!あなたの表記で正しいと思いますか?そのため、最後の行のモーメント生成関数は、指数分布のMGFに対応するに相当しますp=λa/(λa+λ)11−z(pλ)−1
— 。–
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