指数確率変数の達成可能な相関


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指数分布の確率変数とのペアの達成可能な相関の範囲は何ですか。ここで、はレートパラメータ?X1∼Exp(λ1)X2∼Exp(λ2)λ1,λ2>0


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— QuantIbex 2013

回答:


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(または\ rho _ {\ max})が、X_1とX_2の間の達成可能な相関の下限(または上限)を示すとしましょう。境界\ rho _ {\ min}と\ rho _ {\ max}は、X_1とX_2がそれぞれカウンター単調でコモノトニックである場合に到達します(ここを参照)。ρminρmaxX1X2ρminρmaxX1X2

下限下限\ rho _ {\ min}
を決定するために、対単調指数変数を作成し、それらの相関を計算します。ρmin

ここで述べた必要かつ十分な条件と確率積分変換は、ランダム変数とように構築する便利な方法を提供します。 指数分布関数はであることを思い出してください。したがって、分位関数は。X1X2
F(x)=1−exp⁡(−λx)F−1(q)=−λ−1log⁡(1−q)

LET均一に分布したランダム変数であり、次いで、また均一に分布ランダム変数さ は、それぞれレートおよびの指数分布を持っています。さらに、およびであり、関数および、はそれぞれ増加および減少しています。U∼U(0,1)1−U

X1=−λ1−1log⁡(1−U),and X2=−λ2−1log⁡(U)
λ1λ2X1=h1(U)X2=h2(U)h1(x)=−λ1−1log⁡(1−x)h2(x)=−λ1−1log⁡(x)

次に、と相関を計算してみましょう。指数分布の特性により、、、、および。また、 whereX1X2E(X1)=λ1−1E(X2)=λ2−1var(X1)=λ1−2var(X2)=λ2−2

E(X1X2)=λ1−1λ2−1E{log⁡(1−U)log⁡(U)}=λ1−1λ2−1∫01log⁡(1−u)log⁡(u)fU(u)du=λ1−1λ2−1∫01log⁡(1−u)log⁡(u)du=λ1−1λ2−1(2−π26),
fU(u)≡1標準一様分布の密度関数です。最後の同等性については、WolframAlphaに依存しました。

したがって、 下限はレートとに依存せず、両方のマージンが等しい場合(つまり)でも相関はに到達しないことに注意してください。

ρmin=corr(X1,X2)=λ1−1λ2−1(2−π2/6)−λ1−1λ2−1λ1−2λ2−2=1−π2/6≈−0.645.
λ1λ2−1λ1=λ2

アッパーには、バインドされ
た上限を決定するために我々はcomonotonic指数変数のペアで同様のアプローチに従ってください。ここで、およびここで、 および、どちらも増加する関数です。したがって、これらの確率変数は共単調で、どちらも指数および指数分布します。ρmaxX1=g1(U)X2=g2(U)g1(x)=−λ1−1log⁡(1−x)g2(x)=−λ2−1log⁡(1−x)λ1λ2

我々は 、したがって 下限と同様に、上限はレートおよび依存しません。

E(X1X2)=λ1−1λ2−1E{log⁡(1−U)log⁡(1−U)}=λ1−1λ2−1∫01{log⁡(1−u)}2du=2λ1−1λ2−1,
ρmax=corr(X1,X2)=2λ1−1λ2−1−λ1−1λ2−1λ1−2λ2−2=1.
λ1λ2

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計算ありがとうございます。がすぐに見つかり、とが同じタイプであることに気づいたことを追加したいと思います。分布はですと同じ分布。ρmax=1X1X2λ1λ2X1Exp(λ2)X2
— user48713 '20 / 06/20

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(+1)。上限は、2つの指数変数がスケールファクターのみ異なることを確認すると明らかです。場合、下限がに到達できないことも同様に明白です(そうでない場合、歪度はゼロになります)。−1λ1≠λ2
— whuber
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