توزيع النسب

التوزيع النسبي ( المعروف أيضًا بالتوزيع القسمي ) هو توزيع احتمالي يُبنى على أساس توزيع نسبة متغيرين عشوائيين لهما توزيعان معروفان آخران. فعلى سبيل المثال، إذا كان لدينا متغيران عشوائيان (عادةً مستقلان ) X و Y ، فإن توزيع المتغير العشوائي Z الذي يُحسب كنسبة Z = X / Y هو توزيع نسبي .

من الأمثلة على ذلك توزيع كوشي (ويُسمى أيضًا توزيع النسبة الطبيعية )، وهو ناتج عن نسبة متغيرين موزعين توزيعًا طبيعيًا بمتوسط ​​صفر. وهناك توزيعان آخران يُستخدمان بكثرة في إحصاءات الاختبار، وهما أيضًا توزيعات نسبية: توزيع t للطالب ، الناتج عن قسمة متغير عشوائي غاوسي على متغير عشوائي مستقل موزع توزيع كاي ، بينما ينشأ توزيع F من نسبة متغيرين عشوائيين مستقلين موزعين توزيع كاي تربيع . وقد تناولت الدراسات المنشورة توزيعات نسبية أكثر عمومية. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

غالباً ما تكون توزيعات النسب ذات ذيول سميكة ، وقد يصعب التعامل مع هذه التوزيعات وتطوير اختبار إحصائي مناسب لها . وقد اقتُرحت طريقة تعتمد على الوسيط كحل بديل. [ 8 ]

جبر المتغيرات العشوائية

النسبة هي أحد أنواع الجبر للمتغيرات العشوائية: ترتبط بتوزيع النسبة توزيع الضرب ، وتوزيع المجموع ، وتوزيع الفرق . وبشكل أعم، يمكن الحديث عن تراكيب من المجاميع والفروق والضرب والنسب. وقد وُصفت العديد من هذه التوزيعات في كتاب ميلفين د. سبرينغر الصادر عام 1979 بعنوان "جبر المتغيرات العشوائية" . [ 5 ]

لا تنطبق القواعد الجبرية المعروفة للأعداد العادية على جبر المتغيرات العشوائية . على سبيل المثال، إذا كان حاصل الضرب ج=أب{\displaystyle C=AB}والنسبة هيد=ج/أ{\displaystyle D=C/A}لا يعني ذلك بالضرورة أن توزيعاتد{\displaystyle D}وب{\displaystyle B}هما متطابقان. في الواقع، يُلاحظ تأثيرٌ خاصٌ لتوزيع كوشي : إن حاصل ضرب ونسبة توزيعين مستقلين لكوشي (لهما نفس معامل المقياس ومعامل الموقع مُعيّن على الصفر) يُعطيان نفس التوزيع. [ 5 ] ويتضح هذا عند اعتبار توزيع كوشي نفسه توزيعًا نسبيًا لتوزيعين غاوسيين بمتوسطات صفرية: لنفترض متغيرين عشوائيين من نوع كوشي ،ج1{\displaystyle C_{1}}وج2{\displaystyle C_{2}}، كل منها مُنشأ من توزيعين غاوسيينج1=جي1/جي2{\displaystyle C_{1}=G_{1}/G_{2}}وج2=جي3/جي4{\displaystyle C_{2}=G_{3}/G_{4}}ثمج1ج2=جي1/جي2جي3/جي4=جي1جي4جي2جي3=جي1جي2×جي4جي3=ج1×ج3،{\displaystyle {\frac {C_{1}}{C_{2}}}={\frac {{G_{1}}/{G_{2}}}{{G_{3}}/{G_{4}}}}={\frac {G_{1}G_{4}}{G_{2}G_{3}}}={\frac {G_{1}}{G_{2}}}\times {\frac {G_{4}}{G_{3}}}=C_{1}\times C_{3},} أينج3=جي4/جي3{\displaystyle C_{3}=G_{4}/G_{3}}الحد الأول هو نسبة توزيعين كوشي بينما الحد الأخير هو حاصل ضرب توزيعين من هذا القبيل.

الاشتقاق

طريقة لاستخلاص توزيع النسبة لـZ=X/Y{\displaystyle Z=X/Y}من التوزيع المشترك للمتغيرين العشوائيين الآخرينX{\displaystyle X}،Y{\displaystyle Y}، مع ملف PDF مشتركصX،Y(x،y){\displaystyle p_{X,Y}(x,y)}، وذلك عن طريق التكامل بالشكل التالي [ 2 ]صZ(z)=-+|y|صX،Y(zy،y)دy.{\displaystyle p_{Z}(z)=\int _{-\infty }^{+\infty }|y|\,p_{X,Y}(zy,y)\,dy.}

إذا كان المتغيران مستقلين، صXY(x،y)=صX(x)صY(y){\displaystyle p_{XY}(x,y)=p_{X}(x)p_{Y}(y)}ويصبح هذا صZ(z)=-+|y|صX(zy)صY(y)دy.{\displaystyle p_{Z}(z)=\int _{-\infty }^{+\infty }|y|\,p_{X}(zy)p_{Y}(y)\,dy.}

قد لا يكون هذا الأمر بسيطًا. على سبيل المثال، لنأخذ المسألة الكلاسيكية لنسبة عينتين غاوسيتين قياسيتين. دالة كثافة الاحتمال المشتركة هي صX،Y(x،y)=12πخبرة(-x22)خبرة(-y22).{\displaystyle p_{X,Y}(x,y)={\frac {1}{2\pi }}\exp \left(-{\frac {x^{2}}{2}}\right)\exp \left(-{\frac {y^{2}}{2}}\right).}

تعريفZ=X/Y{\displaystyle Z=X/Y}لدينا صZ(z)=12π-|y|خبرة(-(zy)22)خبرة(-y22)دy=12π-|y|خبرة(-y2(z2+1)2)دy.{\displaystyle {\begin{aligned}p_{Z}(z)&={\frac {1}{2\pi }}\int _{-\infty }^{\infty }\,|y|\,\exp \left(-{\frac {\left(zy\right)^{2}}{2}}\right)\,\exp \left(-{\frac {y^{2}}{2}}\right)\,dy\\&={\frac {1}{2\pi }}\int _{-\infty }^{\infty }\,|y|\,\exp \left(-{\frac {y^{2}\left(z^{2}+1\right)}{2}}\right)\,dy.\end{aligned}}} باستخدام التكامل المحدد المعروف0xخبرة(-جx2)دx=12ج{\textstyle \int _{0}^{\infty }x\exp \left(-cx^{2}\right)dx={\frac {1}{2c}}} نحصل صZ(z)=1π(z2+1)،{\displaystyle p_{Z}(z)={\frac {1}{\pi (z^{2}+1)}},} وهو توزيع كوشي، أو توزيع t للطالب مع ن=1{\displaystyle n=1} .

وقد تم اقتراح تحويل ميلين أيضاً لاشتقاق توزيعات النسب. [ 5 ]

في حالة المتغيرات المستقلة الموجبة، اتبع الخطوات التالية. يوضح الرسم البياني توزيعًا ثنائي المتغيرات قابلًا للفصلوx،y(x،y)=وx(x)وy(y){\displaystyle f_{x,y}(x,y)=f_{x}(x)f_{y}(y)}والذي يحظى بدعم في الربع الموجبx،y>0{\displaystyle x,y>0}ونرغب في إيجاد دالة كثافة الاحتمال للنسبة R=X/Y{\displaystyle R=X/Y}. الحجم المظلل أعلى الخطy=x/R{\displaystyle y=x/R}يمثل التوزيع التراكمي للدالةوx،y(x،y){\displaystyle f_{x,y}(x,y)}مضروبًا في الدالة المنطقيةX/YR{\displaystyle X/Y\leq R}يتم أولاً حساب الكثافة في شرائح أفقية؛ الشريحة الأفقية عند ارتفاع معينy{\displaystyle y}يمتد منx=0{\displaystyle x=0}إلىx=Ry{\displaystyle x=Ry}وله احتمال متزايدوy(y)دy0Ryوx(x)دx{\textstyle f_{y}(y)dy\int _{0}^{Ry}f_{x}(x)dx}.

ثانيًا، دمج الشرائط الأفقية لأعلى على كاملy{\displaystyle y}ينتج عنه حجم الاحتمالية فوق الخط FR(R)=0وy(y)(0Ryوx(x)دx)دy{\displaystyle F_{R}(R)=\int _{0}^{\infty }f_{y}(y)\left(\int _{0}^{Ry}f_{x}(x)dx\right)dy} وأخيرًا، قم بالتفريقFR(R){\displaystyle F_{R}(R)}بالنسبة إلىR{\displaystyle R}للحصول على ملف PDFوR(R){\displaystyle f_{R}(R)} . وR(R)=ددR[0وy(y)(0Ryوx(x)دx)دy]{\displaystyle f_{R}(R)={\frac {d}{dR}}\left[\int _{0}^{\infty }f_{y}(y)\left(\int _{0}^{Ry}f_{x}(x)dx\right)dy\right]} انقل عملية التفاضل داخل التكامل: وR(R)=0وy(y)(ددR0Ryوx(x)دx)دy{\displaystyle f_{R}(R)=\int _{0}^{\infty }f_{y}(y)\left({\frac {d}{dR}}\int _{0}^{Ry}f_{x}(x)dx\right)dy} ومنذ ذلك الحين ددR0Ryوx(x)دx=yوx(Ry){\displaystyle {\frac {d}{dR}}\int _{0}^{Ry}f_{x}(x)dx=yf_{x}(Ry)} ثم وR(R)=0وy(y)وx(Ry)yدy.{\displaystyle f_{R}(R)=\int _{0}^{\infty }f_{y}(y)f_{x}(Ry)ydy.} على سبيل المثال، أوجد دالة كثافة الاحتمال للنسبة R{\displaystyle R}عندماوx(x)=αهـ-αx،وy(y)=βهـ-βy،x،y0.{\displaystyle {\begin{aligned}f_{x}(x)&=\alpha e^{-\alpha x},\\f_{y}(y)&=\beta e^{-\beta y},\\x,y&\geq 0.\end{aligned}}}

تقييم التوزيع التراكمي لنسبة

لدينا 0Ryوx(x)دx=-هـ-αx|0Ry=1-هـ-αRy{\displaystyle \int _{0}^{Ry}f_{x}(x)dx=-\left.e^{-\alpha x}\right\vert _{0}^{Ry}=1-e^{-\alpha Ry}} هكذا FR(R)=0وy(y)(1-هـ-αRy)دy=0βهـ-βy(1-هـ-αRy)دy=1-αRβ+αR=Rβα+R.{\displaystyle {\begin{aligned}F_{R}(R)&=\int _{0}^{\infty }f_{y}(y)\left(1-e^{-\alpha Ry}\right)dy\\&=\int _{0}^{\infty }\beta e^{-\beta y}\left(1-e^{-\alpha Ry}\right)dy\\&=1-{\frac {\alpha R}{\beta +\alpha R}}\\&={\frac {R}{{\tfrac {\beta }{\alpha }}+R}}.\end{aligned}}} التفاضل بالنسبة إلىR{\displaystyle R}ينتج عنه دالة كثافة الاحتمال لـR{\displaystyle R} : وR(R)=ددR(Rβα+R)=βα(βα+R)2.{\displaystyle f_{R}(R)={\frac {d}{dR}}\left({\frac {R}{{\tfrac {\beta }{\alpha }}+R}}\right)={\frac {\tfrac {\beta }{\alpha }}{\left({\tfrac {\beta }{\alpha }}+R\right)^{2}}}.}

لحظات النسب العشوائية

من نظرية تحويل ميلين ، بالنسبة للتوزيعات الموجودة فقط على نصف الخط الموجب x0{\displaystyle x\geq 0}لدينا هوية المنتج هـ[(يوV)ص]=هـ[يوص]هـ[Vص]{\displaystyle \operatorname {E} [(UV)^{p}]=\operatorname {E} [U^{p}]\cdot \operatorname {E} [V^{p}]} مقدميو{\displaystyle U}،V{\displaystyle V}مستقلة . في حالة نسبة عينات مثلهـ[(X/Y)ص]{\displaystyle \operatorname {E} [(X/Y)^{p}]}للاستفادة من هذه المتطابقة، من الضروري استخدام عزوم التوزيع العكسي .1/Y=Z{\displaystyle 1/Y=Z}بحيثهـ[(XZ)ص]=هـ[Xص]هـ[Y-ص]{\displaystyle \operatorname {E} [(XZ)^{p}]=\operatorname {E} [X^{p}]\cdot \operatorname {E} [Y^{-p}]}وبالتالي ، إذا كانت لحظاتXص{\displaystyle X^{p}}وY-ص{\displaystyle Y^{-p}}يمكن تحديدها بشكل منفصل، ثم لحظاتX/Y{\displaystyle X/Y}يمكن العثور عليها. لحظاتY-ص{\displaystyle Y^{-p}}يتم تحديدها من دالة كثافة الاحتمال العكسية لـY{\displaystyle Y}، وهو تمرين سهل في كثير من الأحيان. ببساطة ،هـ[Y-ص]=0y-صوy(y)دy{\displaystyle \textstyle \operatorname {E} [Y^{-p}]=\int _{0}^{\infty }y^{-p}f_{y}(y)dy} .

على سبيل المثال، لنفترضX{\displaystyle X}يتم أخذ العينات من توزيع جاما القياسيxα-1هـ-x/Γ(α){\displaystyle x^{\alpha -1}e^{-x}/\Gamma (\alpha )}الذيص{\displaystyle p}اللحظة رقم - هيΓ(α+ص)/Γ(α){\displaystyle \Gamma (\alpha +p)/\Gamma (\alpha )} .

Z=Y-1{\displaystyle Z=Y^{-1}}يتم أخذ العينات من توزيع جاما معكوس ذي معلمةβ{\displaystyle \beta }ويحتوي على ملف PDFΓ-1(β)z-(1+β)هـ-1/z{\displaystyle \Gamma ^{-1}(\beta )z^{-(1+\beta )}e^{-1/z}}. لحظات هذا الملف بصيغة PDF هي هـ[Zص]=هـ[Y-ص]=Γ(β-ص)Γ(β)،ص<β.{\displaystyle \operatorname {E} [Z^{p}]=\operatorname {E} [Y^{-p}]={\frac {\Gamma (\beta -p)}{\Gamma (\beta )}},\;p<\beta .}

بضرب العزوم المتناظرة نحصل على هـ[(X/Y)ص]=هـ[Xص]هـ[Y-ص]=Γ(α+ص)Γ(α)Γ(β-ص)Γ(β)،ص<β.{\displaystyle \operatorname {E} [(X/Y)^{p}]=\operatorname {E} [X^{p}]\cdot \operatorname {E} [Y^{-p}]={\frac {\Gamma (\alpha +p)}{\Gamma (\alpha )}}{\frac {\Gamma (\beta -p)}{\Gamma (\beta )}},\;p<\beta .}

بشكل مستقل، من المعروف أن نسبة عينتي جاماR=X/Y{\displaystyle R=X/Y}يتبع توزيع بيتا الأولي : وβ(ر،α،β)=ب(α،β)-1رα-1(1+ر)-(α+β){\displaystyle f_{\beta '}(r,\alpha ,\beta )=\mathrm {B} (\alpha ,\beta )^{-1}r^{\alpha -1}(1+r)^{-(\alpha +\beta )}} لحظاتهم هـ[Rص]=ب(α+ص،β-ص)ب(α،β).{\displaystyle \operatorname {E} [R^{p}]={\frac {\mathrm {B} (\alpha +p,\beta -p)}{\mathrm {B} (\alpha ,\beta )}}.}

الاستبدالب(α،β)=Γ(α)Γ(β)Γ(α+β){\textstyle \mathrm {B} (\alpha ,\beta )={\frac {\Gamma (\alpha )\Gamma (\beta )}{\Gamma (\alpha +\beta )}}} لدينا هـ[Rص]=Γ(α+ص)Γ(β-ص)Γ(α+β)/Γ(α)Γ(β)Γ(α+β)=Γ(α+ص)Γ(β-ص)Γ(α)Γ(β)،{\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {E} [R^{p}]&=\left.{\frac {\Gamma (\alpha +p)\Gamma (\beta -p)}{\Gamma (\alpha +\beta )}}\right/{\frac {\Gamma (\alpha )\Gamma (\beta )}{\Gamma (\alpha +\beta )}}\\[.5em]&={\frac {\Gamma (\alpha +p)\Gamma (\beta -p)}{\Gamma (\alpha )\Gamma (\beta )}},\end{aligned}}} وهو ما يتوافق مع حاصل ضرب العزوم المذكورة أعلاه.

متوسطات وتباينات النسب العشوائية

في قسم توزيع المنتج ، والمستمد من نظرية تحويل ميلين (انظر القسم أعلاه)، وُجد أن متوسط ​​حاصل ضرب متغيرين مستقلين يساوي حاصل ضرب متوسطيهما. أما في حالة النسب، فلدينا هـ(X/Y)=هـ(X)هـ(1/Y){\displaystyle \operatorname {E} (X/Y)=\operatorname {E} (X)\cdot \operatorname {E} (1/Y)} وهو ما يعادل، من حيث التوزيعات الاحتمالية، ما يلي: هـ(X/Y)=-xوx(x)دx×-y-1وy(y)دy.{\displaystyle \operatorname {E} (X/Y)=\int _{-\infty }^{\infty }xf_{x}(x)\,dx\times \int _{-\infty }^{\infty }y^{-1}f_{y}(y)\,dy.}

لاحظ أنهـ(1/Y)1هـ(Y){\displaystyle \textstyle \operatorname {E} (1/Y)\neq {\frac {1}{\operatorname {E} (Y)}}}أي ،-y-1وy(y)دy1/-yوy(y)دy{\displaystyle \textstyle \int _{-\infty }^{\infty }y^{-1}f_{y}(y)\,dy\neq 1\left/\int _{-\infty }^{\infty }yf_{y}(y)\,dy\right.} .

تباين نسبة المتغيرات المستقلة هو متغير(X/Y)=هـ([X/Y]2)-هـ2(X/Y)=هـ(X2)هـ(1/Y2)-هـ2(X)هـ2(1/Y).{\displaystyle {\begin{aligned}\operatorname {Var} (X/Y)&=\operatorname {E} ([X/Y]^{2})-\operatorname {E^{2}} (X/Y)\\&=\operatorname {E} (X^{2})\cdot \operatorname {E} (1/Y^{2})-\operatorname {E} ^{2}(X)\cdot \operatorname {E} ^{2}(1/Y).\end{aligned}}}

توزيعات النسبة الطبيعية

نسبة التوزيع الطبيعي المركزي غير المرتبطة

عندماX{\displaystyle X}وY{\displaystyle Y}إذا كانت المتغيرات مستقلة ولها توزيع غاوسي بمتوسط ​​صفر، فإن شكل توزيع نسبها هو توزيع كوشي . ويمكن اشتقاق ذلك عن طريق وضعZ=X/Y=لون برونزيθ{\displaystyle Z=X/Y=\tan \theta }ثم إثبات ذلكθ{\displaystyle \theta }يتمتع بتناظر دائري . بالنسبة لتوزيع غاوسي ثنائي المتغيرات غير مرتبط، لدينا ص(x،y)=12πخبرة(-x22)×12πخبرة(-y22)=12πخبرة(-x2+y22)=12πخبرة(-ر22)، ل ر2=x2+y2.{\displaystyle {\begin{aligned}p(x,y)&={\frac {1}{\sqrt {2\pi }}}\exp {\left(-{\tfrac {x^{2}}{2}}\right)}\times {\frac {1}{\sqrt {2\pi }}}\exp {\left(-{\tfrac {y^{2}}{2}}\right)}\\&={\frac {1}{2\pi }}\exp {\left(-{\tfrac {x^{2}+y^{2}}{2}}\right)}\\&={\frac {1}{2\pi }}\exp {\left(-{\frac {r^{2}}{2}}\right)},\ {\text{for}}\ r^{2}=x^{2}+y^{2}.\end{aligned}}}

إذاص(x،y){\displaystyle p(x,y)} هي دالة لـ ⁠ فقطر{\displaystyle r}ثمθ{\displaystyle \theta }يتم توزيعها بشكل منتظم على[0،2π]{\displaystyle [0,2\pi ]}بكثافة12π{\displaystyle \textstyle {\frac {1}{2\pi }}}وبالتالي ، فإن المشكلة تختزل إلى إيجاد التوزيع الاحتمالي لـZ{\displaystyle Z}تحت الخريطة Z=X/Y=لون برونزيθ.{\displaystyle Z=X/Y=\tan \theta .}

لدينا، بحسب قانون حفظ الاحتمالات صz(z)|دz|=صθ(θ)|دθ|،{\displaystyle p_{z}(z)\,|dz|=p_{\theta }(\theta )\,|d\theta |,} وبما أندzدθ=1كوس2θ{\displaystyle \textstyle {\frac {dz}{d\theta }}={\frac {1}{\cos ^{2}\theta }}}،صz(z)=صθ(θ)|دzدθ|=12πكوس2θ.{\displaystyle p_{z}(z)={\frac {p_{\theta }(\theta )}{\left|{\frac {dz}{d\theta }}\right|}}={\frac {1}{2\pi }}{\cos ^{2}\theta }.} جلسة كوس2θ=11+(لون برونزيθ)2=11+z2،{\displaystyle \cos ^{2}\theta ={\frac {1}{1+(\tan \theta )^{2}}}={\frac {1}{1+z^{2}}},} نحصل صz(z)=1/(2π)1+z2.{\displaystyle p_{z}(z)={\frac {1/(2\pi )}{1+z^{2}}}.} يوجد هنا عامل زائف مقداره 2. في الواقع، هناك قيمتان لـθ{\displaystyle \theta }متباعدة بواسطةπ{\displaystyle \pi }قم بإسقاطها على نفس قيمة z{\displaystyle z}، تتضاعف الكثافة، والنتيجة النهائية هي صz(z)=1/π1+z2،-<z<.{\displaystyle p_{z}(z)={\frac {1/\pi }{1+z^{2}}},\quad -\infty <z<\infty .}

عندما يكون أي من التوزيعين الطبيعيين غير مركزي، فإن نتيجة توزيع النسبة تكون أكثر تعقيدًا، وهي موضحة أدناه بصيغة موجزة قدمها ديفيد هينكلي . [ 3 ] ومع ذلك، فإن الطريقة المثلثية للنسبة قابلة للتطبيق على التوزيعات القطرية مثل التوزيعات الطبيعية ثنائية المتغيرات أو توزيع t للطالب ثنائي المتغيرات ، حيث تعتمد الكثافة فقط على نصف القطر .ر=x2+y2{\displaystyle r={\sqrt {x^{2}+y^{2}}}} . لا يمتد ذلك إلى نسبة توزيعين مستقلين من توزيعات Student's t ، والتي تعطي نسبة كوشي الموضحة في قسم أدناه لدرجة حرية واحدة.

نسبة طبيعية غير مركزية غير مرتبطة

في غياب الارتباط ( كور(X،Y)=0{\displaystyle \operatorname {cor} (X,Y)=0}) ، دالة كثافة الاحتمال للنسبةZ=X/Y{\displaystyle Z=X/Y}من متغيرين طبيعيينX=شمال(μX،σX2){\displaystyle X={\mathcal {N}}(\mu _{X},\sigma _{X}^{2})}وY=شمال(μY،σY2){\displaystyle Y={\mathcal {N}}(\mu _{Y},\sigma _{Y}^{2})}يتم تحديدها بدقة من خلال التعبير التالي، المستمد من عدة مصادر: [ 3 ]صZ(z)=هـ-ج/2أ2(z)2πσxσy(2πب(z)أ(z)خبرة(ب2(z)2أ2(z))هـرو(ب(z)2أ(z))+2)،{\displaystyle p_{Z}(z)={\frac {e^{-c/2}}{a^{2}(z)\cdot 2\pi \sigma _{x}\sigma _{y}}}\left({\sqrt {2\pi }}{\frac {b(z)}{a(z)}}\exp \left({\frac {b^{2}(z)}{2a^{2}(z)}}\right)\mathrm {erf} \left({\frac {b(z)}{{\sqrt {2}}a(z)}}\right)+2\right),} أين أ(z)=1σx2z2+1σy2،ب(z)=μxσx2z+μyσy2،ج=μx2σx2+μy2σy2.{\displaystyle {\begin{aligned}a(z)&={\sqrt {{\frac {1}{\sigma _{x}^{2}}}z^{2}+{\frac {1}{\sigma _{y}^{2}}}}},\\b(z)&={\frac {\mu _{x}}{\sigma _{x}^{2}}}z+{\frac {\mu _{y}}{\sigma _{y}^{2}}},\\c&={\frac {\mu _{x}^{2}}{\sigma _{x}^{2}}}+{\frac {\mu _{y}^{2}}{\sigma _{y}^{2}}}.\end{aligned}}}

في ظل عدة افتراضات (تُتحقق عادةً في التطبيقات العملية)، يُمكن اشتقاق تقريب دقيق للغاية لدالة كثافة الاحتمال . تشمل المزايا الرئيسية تقليل تعقيد الصيغ، ودالة التوزيع التراكمي المغلقة ، ووسيط مُحدد ببساطة، وإدارة مُحكمة للأخطاء. ولتبسيط الأمر، نُعرّف المعاملات التالية :ص=μx2σx{\displaystyle \textstyle p={\frac {\mu _{x}}{{\sqrt {2}}\sigma _{x}}}}،q=μy2σy{\displaystyle \textstyle q={\frac {\mu _{y}}{{\sqrt {2}}\sigma _{y}}}}ور=μxμy{\displaystyle \textstyle r={\frac {\mu _{x}}{\mu _{y}}}}ثم ما يسمى بالتقريب الصلبصZ(z){\displaystyle p_{Z}^{\dagger }(z)}يتم التعبير عن دالة كثافة الاحتمال للنسبة الطبيعية غير المركزية غير المرتبطة بالمعادلة [ 9 ].صZ(z)=1πصهـرو[q]1ر1+ص2q2zر(1+ص2q2[zر]2)32خبرة(-ص2(zر-1)21+ص2q2[zر]2).{\displaystyle p_{Z}^{\dagger }(z)={\frac {1}{\sqrt {\pi }}}{\frac {p}{\mathrm {erf} [q]}}{\frac {1}{r}}{\frac {1+{\frac {p^{2}}{q^{2}}}{\frac {z}{r}}}{\left(1+{\frac {p^{2}}{q^{2}}}\left[{\frac {z}{r}}\right]^{2}\right)^{\frac {3}{2}}}}\exp \left({-{\frac {p^{2}\left({\frac {z}{r}}-1\right)^{2}}{1+{\frac {p^{2}}{q^{2}}}\left[{\frac {z}{r}}\right]^{2}}}}\right).}

في ظل ظروف معينة، يكون التقريب الطبيعي ممكناً، مع تباين: [ 10 ]σz2=μx2μy2(σx2μx2+σy2μy2).{\displaystyle \sigma _{z}^{2}={\frac {\mu _{x}^{2}}{\mu _{y}^{2}}}\left({\frac {\sigma _{x}^{2}}{\mu _{x}^{2}}}+{\frac {\sigma _{y}^{2}}{\mu _{y}^{2}}}\right).}

نسبة التوزيع الطبيعي المركزي المرتبطة

يصبح التعبير أعلاه أكثر تعقيدًا عندما تكون المتغيراتX{\displaystyle X}وY{\displaystyle Y}مترابطة . إذاμx={\displaystyle \mu _{x}=}μy=0{\displaystyle \mu _{y}=0}لكنσXσY{\displaystyle \sigma _{X}\neq \sigma _{Y}}وρ0{\displaystyle \rho \neq 0}، وبذلك نحصل على توزيع كوشي الأكثر عمومية، صZ(z)=1πβ(z-α)2+β2،{\displaystyle p_{Z}(z)={\frac {1}{\pi }}{\frac {\beta }{(z-\alpha )^{2}+\beta ^{2}}},} أينρ{\displaystyle \rho } هو معامل الارتباط بينX{\displaystyle X}وY{\displaystyle Y}، و α=ρσxσy،β=σxσy1-ρ2.{\displaystyle {\begin{aligned}\alpha &=\rho {\frac {\sigma _{x}}{\sigma _{y}}},\\\beta &={\frac {\sigma _{x}}{\sigma _{y}}}{\sqrt {1-\rho ^{2}}}.\end{aligned}}}

وقد تم التعبير عن التوزيع المعقد أيضًا باستخدام دالة كومر الهندسية الفائقة المتقاربة أو دالة هيرميت . [ 6 ]

نسبة غير مركزية مترابطة

وقد تم توضيح ذلك في Springer. [ 11 ] .

اقترح كاتز [ 12 ] تحويلًا إلى المجال اللوغاريتمي . لنفترض أن النسبة هي تيμx+شمال(0،σx2)μy+شمال(0،σy2)=μx+Xμy+Y=μxμy1+Xμx1+Yμy.{\displaystyle T\sim {\frac {\mu _{x}+{\mathcal {N}}(0,\sigma _{x}^{2})}{\mu _{y}+{\mathcal {N}}(0,\sigma _{y}^{2})}}={\frac {\mu _{x}+X}{\mu _{y}+Y}}={\frac {\mu _{x}}{\mu _{y}}}{\frac {1+{\frac {X}{\mu _{x}}}}{1+{\frac {Y}{\mu _{y}}}}}.}

خذ اللوغاريتم لكلا الطرفين لتحصل على ln(تي)=ln(μxμy)+ln(1+Xμx)-ln(1+Yμy).{\displaystyle \ln(T)=\ln \left({\frac {\mu _{x}}{\mu _{y}}}\right)+\ln \left(1+{\frac {X}{\mu _{x}}}\right)-\ln \left(1+{\frac {Y}{\mu _{y}}}\right).} ملاحظة أنln(1+دلتا)=دلتا-دلتا22+دلتا33+{\displaystyle \ln(1+\delta )=\delta -{\frac {\delta ^{2}}{2}}+{\frac {\delta ^{3}}{3}}+\cdots }ثم بشكل تقاربي ln(تي)ln(μxμy)+Xμx-Yμyln(μxμy)+شمال(0،σx2μx2+σy2μy2-2كوف(X،Y)μxμy).{\displaystyle {\begin{aligned}\ln(T)&\approx \ln \left({\frac {\mu _{x}}{\mu _{y}}}\right)+{\frac {X}{\mu _{x}}}-{\frac {Y}{\mu _{y}}}\\&\sim \ln \left({\frac {\mu _{x}}{\mu _{y}}}\right)+{\mathcal {N}}\left(0,{\frac {\sigma _{x}^{2}}{\mu _{x}^{2}}}+{\frac {\sigma _{y}^{2}}{\mu _{y}^{2}}}-2{\frac {\operatorname {Cov} (X,Y)}{\mu _{x}\mu _{y}}}\right).\end{aligned}}}

أو اقترح جيري في عام 1930 أن تμyتي-μxσy2تي2-2ρσxσyتي+σx2{\displaystyle t\approx {\frac {\mu _{y}T-\mu _{x}}{\sqrt {\sigma _{y}^{2}T^{2}-2\rho \sigma _{x}\sigma _{y}T+\sigma _{x}^{2}}}}} لها توزيع غاوسي معياري تقريبًا ؛ [ 1 ] وقد سُمّي هذا التحويل بتحويل جيري-هينكلي . [ 4 ] يكون التقريب جيدًا إذاY{\displaystyle Y}من غير المرجح أن تأخذ قيمًا سالبة ، أيμy>3σy{\displaystyle \textstyle \mu _{y}>3\sigma _{y}} .

نسبة طبيعية غير مركزية دقيقة مرتبطة بالارتباط

تم تطوير هذا بواسطة سبرينغر [ 11 ] وهينكلي. [ 3 ] أوضح جيري كيف أن نسبة الارتباطz{\displaystyle z}يمكن تحويلها إلى شكل شبه غاوسي، وتم تطوير تقريب لـت{\displaystyle t}يعتمد على احتمالية القيم السالبة للمقامx+μx<0{\displaystyle x+\mu _{x}<0}نظرًا لصغر حجمها المتناهي الصغر، فإن تحليل النسبة المترابطة اللاحق لفيلر دقيق، ولكن يلزم توخي الحذر عند دمج برامج الرياضيات الحديثة مع الشروط اللفظية في المراجع القديمة.وقد ناقش فام-غيا هذه الأساليب باستفاضة.نتائج هينكلي المترابطة دقيقة، ولكن سيتبين أدناه أنه يمكن أيضًا تحويل شرط النسبة المترابطة إلى شرط غير مترابط، وبالتالي لا يلزم سوى معادلات هينكلي المبسطة المذكورة أعلاه، وليس النسخة الكاملة للنسبة المترابطة.

لنفترض أن النسبة هي: z=x+μxy+μy{\displaystyle z={\frac {x+\mu _{x}}{y+\mu _{y}}}} حيثx،y{\displaystyle x,y}هي متغيرات طبيعية مترابطة ذات متوسط ​​صفري وتبايناتσx2،σy2{\displaystyle \sigma _{x}^{2},\sigma _{y}^{2}}وX،Y{\displaystyle X,Y}يملك الوسائلμx،μy{\displaystyle \mu _{x},\mu _{y}}اكتبx=x-ρyσxσy{\textstyle x'=x-\rho y{\tfrac {\sigma _{x}}{\sigma _{y}}}}بحيثx،y{\displaystyle x',y}تصبح غير مترابطة وx{\displaystyle x'}له انحراف معياريσx=σx1-ρ2{\displaystyle \textstyle \sigma _{x}'=\sigma _{x}{\sqrt {1-\rho ^{2}}}}ثم النسبة z=x+ρyσxσy+μxy+μy{\displaystyle z={\frac {x'+\rho y{\tfrac {\sigma _{x}}{\sigma _{y}}}+\mu _{x}}{y+\mu _{y}}}} يظل ثابتًا تحت هذا التحويل ويحتفظ بنفس دالة كثافة الاحتمال .

الـy{\displaystyle y}يبدو أن الحد الموجود في البسط قابل للفصل عن طريق التوسيع x+ρyσxσy+μx=x+μx-ρμyσxσy+ρ(y+μy)σxσy{\displaystyle {x'+\rho y{\tfrac {\sigma _{x}}{\sigma _{y}}}+\mu _{x}}=x'+\mu _{x}-\rho \mu _{y}{\tfrac {\sigma _{x}}{\sigma _{y}}}+\rho (y+\mu _{y}){\tfrac {\sigma _{x}}{\sigma _{y}}}} للحصول على z=x+μxy+μy+ρσxσy{\displaystyle z={\frac {x'+\mu _{x}'}{y+\mu _{y}}}+\rho {\frac {\sigma _{x}}{\sigma _{y}}}} في أيμx=μx-ρμyσxσy{\textstyle \mu '_{x}=\mu _{x}-\rho \mu _{y}{\frac {\sigma _{x}}{\sigma _{y}}}}وz{\displaystyle z}أصبح الآن نسبةً لعينات طبيعية غير مركزية غير مترابطة ذات ثابت .z{\displaystyle z}-إزاحة . [ أ ] .

وأخيرًا، وللتوضيح، فإن دالة كثافة الاحتمال للنسبةz{\displaystyle z}يتم إيجاد قيم المتغيرات المترابطة عن طريق إدخال المعلمات المعدلة .σx،μx{\displaystyle \sigma _{x}',\mu _{x}'}،σy،μy{\displaystyle \sigma _{y},\mu _{y}}وρ=0{\displaystyle \rho '=0} في معادلة هينكلي أعلاه والتي تُعيد دالة كثافة الاحتمال للنسبة المترابطة مع إزاحة ثابتة-ρσxσy{\displaystyle \textstyle -\rho {\tfrac {\sigma _{x}}{\sigma _{y}}}}علىz{\displaystyle z} .

خطوط نسبة غاوس
خطوط كفاف التوزيع الغاوسي ثنائي المتغيرات المترابط (ليست على المقياس) التي تعطي النسبة x / y
دالة كثافة الاحتمال لنسبة التوزيع الاحتمالي z
PDF للنسبة الغوسية z ومحاكاة (نقاط) لـ σ x = σ y = 1 , μ x = 0 , μ y = 0.5 , ρ x = 0.975 .

تُظهر الأشكال أعلاه مثالاً على نسبة مرتبطة إيجابياً معσx={\displaystyle \sigma _{x}=}σy=1{\displaystyle \sigma _{y}=1}،μx=0{\displaystyle \mu _{x}=0}،μy=0.5{\displaystyle \mu _{y}=0.5}وρ=0.975{\displaystyle \rho =0.975}، حيث تمثل الأجزاء المظللة الزيادة في المساحة المختارة بنسبة معينةx/y[ر،ر+دلتا]{\displaystyle x/y\in [r,r+\delta ]}والتي تتراكم فيها الاحتمالات عند نقاط تداخلها مع التوزيع. يتوافق التوزيع النظري، المستمد من المعادلات قيد المناقشة بالإضافة إلى معادلات هينكلي، بشكل كبير مع نتائج المحاكاة باستخدام 5000 عينة. في الشكل العلوي ، يتضح أنه بالنسبة لنسبةz=x/y1{\displaystyle z=x/y\approx 1}لقد تجاوزت الوتد تقريبًا كتلة التوزيع الرئيسية تمامًا، وهذا يفسر الحد الأدنى المحلي في دالة كثافة الاحتمال النظرية .صZ(x/y){\displaystyle p_{Z}(x/y)}. على العكس من ذلك ، كماx/y{\displaystyle x/y}يتحرك إما باتجاه أو بعيدًا عن أحد الجوانب، ويغطي الوتد مساحة أكبر من الكتلة المركزية، مما يؤدي إلى تراكم احتمالية أعلى.

النسبة الطبيعية المعقدة

تم تحديد نسبة المتغيرات ذات التوزيع الطبيعي المعقد المتناظر دائريًا والمرتبطة ذات المتوسط ​​الصفري بواسطة باكسلي وآخرون [ 13 ] ، ومنذ ذلك الحين تم توسيعها لتشمل الحالة غير الصفرية وغير المتناظرة. [ 14 ] في حالة الارتباط ذات المتوسط ​​الصفري، يكون التوزيع المشترك لـx،y{\displaystyle x,y}هووx،y(x،y)=1π2|Σ|خبرة(-[xy]حΣ-1[xy]){\displaystyle f_{x,y}(x,y)={\frac {1}{\pi ^{2}|\Sigma |}}\exp \left(-{\begin{bmatrix}x\\y\end{bmatrix}}^{H}\Sigma ^{-1}{\begin{bmatrix}x\\y\end{bmatrix}}\right)} أين Σ=[σx2ρσxσyρ*σxσyσy2]؛x=xر+أناxأنا؛y=yر+أناyأنا؛{\displaystyle {\begin{aligned}\Sigma &={\begin{bmatrix}\sigma _{x}^{2}&\rho \sigma _{x}\sigma _{y}\\\rho ^{*}\sigma _{x}\sigma _{y}&\sigma _{y}^{2}\end{bmatrix}};\\x&=x_{r}+ix_{i};\\y&=y_{r}+iy_{i};\end{aligned}}}()ح{\textstyle (\cdot )^{H}}هو منقول هيرميتي ؛ و ρ=ρر+أناρأنا=هـ(xy*σxσy)|ج|1.{\displaystyle \rho =\rho _{r}+i\rho _{i}=\operatorname {E} {\bigg (}{\frac {xy^{*}}{\sigma _{x}\sigma _{y}}}{\bigg )}\;\in \left|\mathbb {C} \right|\leq 1.}

ملف PDF الخاص بـZ=X/Y{\displaystyle Z=X/Y}تبين أنه

وz(zر،zأنا)=1-|ρ|2πσx2σy2(|z|2σx2+1σy2-2ρرzر-ρأناzأناσxσy)-2=1-|ρ|2πσx2σy2(|zσx-ρ*σy|2+1-|ρ|2σy2)-2.{\displaystyle {\begin{aligned}f_{z}(z_{r},z_{i})&={\frac {1-|\rho |^{2}}{\pi \sigma _{x}^{2}\sigma _{y}^{2}}}\left({\frac {|z|^{2}}{\sigma _{x}^{2}}}+{\frac {1}{\sigma _{y}^{2}}}-2{\frac {\rho _{r}z_{r}-\rho _{i}z_{i}}{\sigma _{x}\sigma _{y}}}\right)^{-2}\\[1ex]&={\frac {1-|\rho |^{2}}{\pi \sigma _{x}^{2}\sigma _{y}^{2}}}\left(\left|{\frac {z}{\sigma _{x}}}-{\frac {\rho ^{*}}{\sigma _{y}}}\right|^{2}+{\frac {1-|\rho |^{2}}{\sigma _{y}^{2}}}\right)^{-2}.\end{aligned}}} في الحالة الاعتيادية التيσx=σy{\displaystyle \sigma _{x}=\sigma _{y}}نحصل وz(zر،zأنا)=1-|ρ|2π(|z-ρ*|2+1-|ρ|2)2.{\displaystyle f_{z}(z_{r},z_{i})={\frac {1-\left|\rho \right|^{2}}{\pi \left(\left|z-\rho ^{*}\right|^{2}+1-\left|\rho \right|^{2}\right)^{2}}}.}

كما تم تقديم نتائج أخرى مغلقة الشكل لدالة التوزيع التراكمي .

توزيع النسبة للمتغيرات المعقدة المترابطة، ρ = 0.7 e /4 .

يُظهر الرسم البياني دالة كثافة الاحتمال لنسبة متغيرين طبيعيين معقدين بمعامل ارتباط قدرهρ=0.7هـأناπ/4{\displaystyle \textstyle \rho =0.7e^{i\pi /4}}تحدث ذروة دالة توزيع الاحتمال (PDF) عند قيمة قريبة من قيمة المرافق المعقد لدالة مصغرة .ρ{\displaystyle \rho } .

نسبة التوزيع اللوغاريتمي الطبيعي

نسبة التوزيعات اللوغاريتمية الطبيعية المستقلة أو المترابطة هي توزيع لوغاريتمي طبيعي. وهذا يتبع، لأنه إذاX1{\displaystyle X_{1}}وX2{\displaystyle X_{2}}إذا كانت موزعة توزيعًا لوغاريتميًا طبيعيًا ، فإنln(X1){\displaystyle \ln(X_{1})}وln(X2){\displaystyle \ln(X_{2})}إذا كانت المتغيرات موزعة توزيعًا طبيعيًا، أو إذا كانت مستقلة أو لوغاريتماتها تتبع توزيعًا طبيعيًا ثنائي المتغيرات ، فإن لوغاريتم نسبتها هو الفرق بين متغيرات عشوائية مستقلة أو مترابطة موزعة توزيعًا طبيعيًا، وهو توزيع طبيعي. [ ب ]

يُعد هذا الأمر مهمًا للعديد من التطبيقات التي تتطلب نسبة المتغيرات العشوائية التي يجب أن تكون موجبة، حيث يكون التوزيع المشترك لـX1{\displaystyle X_{1}}وX2{\displaystyle X_{2}}يُمكن تقريبها بشكل كافٍ بواسطة التوزيع اللوغاريتمي الطبيعي. هذه نتيجة شائعة لنظرية النهاية المركزية الضربية ، والمعروفة أيضًا باسم قانون جبرات ، عندماXأنا{\displaystyle X_{i}}هي نتيجة تراكم العديد من التغيرات الصغيرة في النسبة المئوية، ويجب أن تكون موجبة وموزعة توزيعًا لوغاريتميًا طبيعيًا تقريبًا. [ ج ]

توزيع النسبة المنتظمة

مع متغيرين عشوائيين مستقلين يتبعان توزيعًا منتظمًا ، على سبيل المثال، صX(x)={1،0<x<10،خلاف ذلك{\displaystyle p_{X}(x)={\begin{cases}1,&0<x<1\\0,&{\text{otherwise}}\end{cases}}} يصبح توزيع النسبة صZ(z)={12،0<z<112z2،z10،خلاف ذلك.{\displaystyle p_{Z}(z)={\begin{cases}{\tfrac {1}{2}},&0<z<1\\{\tfrac {1}{2z^{2}}},&z\geq 1\\0,&{\text{otherwise}}.\end{cases}}}

توزيع نسبة كوشي

إذا كان هناك متغيران عشوائيان مستقلان ،X{\displaystyle X}وY{\displaystyle Y}يتبع كل منها توزيع كوشي بمتوسط ​​يساوي صفرًا ومعامل شكلأ{\displaystyle a}،صX(x|أ)=أπ(أ2+x2)،{\displaystyle p_{X}(x|a)={\frac {a}{\pi (a^{2}+x^{2})}},} ثم توزيع النسبة للمتغير العشوائيZ=X/Y{\displaystyle Z=X/Y}هو [ 15 ]صZ(z|أ)=1π2(z2-1)ln(z2).{\displaystyle p_{Z}(z|a)={\frac {1}{\pi ^{2}(z^{2}-1)}}\ln(z^{2}).} لا يعتمد هذا التوزيع علىأ{\displaystyle a}والنتيجة التي ذكرها سبرينغر [ 16 ] غير صحيحة.

إن توزيع النسبة مشابه لتوزيع حاصل ضرب المتغير العشوائي ولكنه ليس مطابقاً له .دبليو=XY{\displaystyle W=XY} : [ 5 ]صدبليو(w|أ)=أ2π2(w2-أ4)ln(w2أ4).{\displaystyle p_{W}(w|a)={\frac {a^{2}}{\pi ^{2}(w^{2}-a^{4})}}\ln \left({\frac {w^{2}}{a^{4}}}\right).}

وبشكل أعم، إذا كان هناك متغيران عشوائيان مستقلانX{\displaystyle X}وY{\displaystyle Y}يتبع كل منها توزيع كوشي بمتوسط ​​يساوي صفرًا ومعامل شكلأ{\displaystyle a}وب{\displaystyle b}على التوالي ، ثم:

  1. توزيع النسبة للمتغير العشوائيZ=X/Y{\displaystyle Z=X/Y}هو [ 15 ]صZ(z|أ،ب)=أبπ2(ب2z2-أ2)ln(ب2z2أ2).{\displaystyle p_{Z}(z|a,b)={\frac {ab}{\pi ^{2}(b^{2}z^{2}-a^{2})}}\ln \left({\frac {b^{2}z^{2}}{a^{2}}}\right).}
  2. توزيع المنتج للمتغير العشوائيدبليو=XY{\displaystyle W=XY}هو [ 15 ]صدبليو(w|أ،ب)=أبπ2(w2-أ2ب2)ln(w2أ2ب2).{\displaystyle p_{W}(w|a,b)={\frac {ab}{\pi ^{2}(w^{2}-a^{2}b^{2})}}\ln \left({\frac {w^{2}}{a^{2}b^{2}}}\right).}

يمكن الحصول على نتيجة توزيع النسبة من توزيع الضرب عن طريق استبدال ب{\displaystyle b}مع1ب{\displaystyle \textstyle {\tfrac {1}{b}}} .

نسبة التوزيع الطبيعي القياسي إلى التوزيع المنتظم القياسي

إذاX{\displaystyle X}له توزيع طبيعي معياري وY{\displaystyle Y}إذا كان التوزيع منتظمًا قياسيًا، فإنZ=X/Y{\displaystyle Z=X/Y}له توزيع يُعرف باسم التوزيع المائل ، مع دالة كثافة احتمالية صZ(z)={[φ(0)-φ(z)]z2،z0φ(0)2،z=0،{\displaystyle p_{Z}(z)={\begin{cases}{\frac {\left[\varphi (0)-\varphi (z)\right]}{z^{2}}},&z\neq 0\\{\frac {\varphi (0)}{2}},&z=0,\\\end{cases}}} أينφ(z){\displaystyle \varphi (z)} هي دالة كثافة الاحتمال للتوزيع الطبيعي القياسي. [ 17 ]

توزيعات كاي تربيع، جاما

دعجي{\displaystyle G}أن يكون توزيعًا طبيعيًا(0،1){\displaystyle {\mathcal {(}}0,1)}،Y{\displaystyle Y}وZ{\displaystyle Z} تكون توزيعات مربع كاي معم{\displaystyle m}ون{\displaystyle n}درجات الحرية على التوالي، وكلها مستقلة، مع وχ(x،ك)=x(ك2-1)هـ-x22ك/2Γ(ك2).{\displaystyle f_{\chi }(x,k)={\frac {x^{\left({\tfrac {k}{2}}-1\right)}e^{-{\tfrac {x}{2}}}}{2^{k/2}\Gamma \left({\tfrac {k}{2}}\right)}}.} ثم

إذاV1χك12(λ){\displaystyle \textstyle V_{1}\sim {\chi '}_{k_{1}}^{2}(\lambda )}، توزيع كاي تربيع غير مركزي ،V2χك22(0){\displaystyle \textstyle V_{2}\sim {\chi '}_{k_{2}}^{2}(0)}وV1{\displaystyle V_{1}}مستقل عنV2{\displaystyle V_{2}}ثمV1/ك1V2/ك2Fك1،ك2(λ)،{\displaystyle {\frac {V_{1}/k_{1}}{V_{2}/k_{2}}}\sim F'_{k_{1},k_{2}}(\lambda ),}توزيع F غير مركزي .

منFم،ن=β(م2،ن2){\textstyle {\tfrac {m}{n}}F'_{m,n}=\beta '({\tfrac {m}{2}},{\tfrac {n}{2}})}أوFم،ن=β(م2،ن2،1،نم){\displaystyle F'_{m,n}=\beta '({\tfrac {m}{2}},{\tfrac {n}{2}},1,{\tfrac {n}{m}})} يُعرّفFم،ن{\displaystyle F'_{m,n}}، توزيع كثافةفيشر F ، دالة كثافة الاحتمال لنسبة توزيعين مربع كاي معم،ن{\displaystyle m,n}درجات الحرية. [ د ]

إذا أدخلنا جدول اختبار F معم=3{\displaystyle m=3}،ن=4{\displaystyle n=4}وباحتمالية 5% في الذيل الأيمن، وُجد أن القيمة الحرجة هي 6.59. وهذا يتطابق مع التكامل F3،4(6.59)=6.59β(x؛م2،ن2،1،نم)دx=0.05.{\displaystyle F_{3,4}(6.59)=\int _{6.59}^{\infty }\beta '(x;{\tfrac {m}{2}},{\tfrac {n}{2}},1,{\tfrac {n}{m}})\,dx=0.05.}

بالنسبة لتوزيعات جامايو{\displaystyle U}وV{\displaystyle V}بمعلمات شكل عشوائيةα1{\displaystyle \alpha _{1}}وα2{\displaystyle \alpha _{2}}وتم ضبط معلمات المقياس الخاصة بهما على الوحدة ( أي ،يوΓ(α1،1){\displaystyle \textstyle U\sim \Gamma (\alpha _{1},1)}،VΓ(α2،1){\displaystyle \textstyle V\sim \Gamma (\alpha _{2},1)}، حيثΓ(x؛α،1)=(xα-1هـ-x)/Γ(α){\displaystyle \textstyle \Gamma (x;\alpha ,1)=(x^{\alpha -1}e^{-x})/{\Gamma (\alpha )}}ثم

يويو+Vβ(α1،α2)، توقع =α1α1+α2؛يوVβ(α1،α2)، توقع =α1α2-1،α2>1؛Vيوβ(α2،α1)، توقع =α2α1-1،α1>1.{\displaystyle {\begin{aligned}{\tfrac {U}{U+V}}&\sim \beta (\alpha _{1},\alpha _{2}),&{\text{ expectation }}&={\tfrac {\alpha _{1}}{\alpha _{1}+\alpha _{2}}};\\[1ex]{\tfrac {U}{V}}&\sim \beta '(\alpha _{1},\alpha _{2}),&{\text{ expectation }}&={\tfrac {\alpha _{1}}{\alpha _{2}-1}},\;\alpha _{2}>1;\\[1ex]{\tfrac {V}{U}}&\sim \beta '(\alpha _{2},\alpha _{1}),&{\text{ expectation }}&={\tfrac {\alpha _{2}}{\alpha _{1}-1}},\;\alpha _{1}>1.\end{aligned}}}

إذايوΓ(x؛α،1){\displaystyle U\sim \Gamma (x;\alpha ,1)}ثمθيوΓ(x؛α،θ)=xα-1هـ-x/θθكΓ(α).{\displaystyle \theta U\sim \Gamma (x;\alpha ,\theta )={\frac {x^{\alpha -1}e^{-x/\theta }}{\theta ^{k}\Gamma (\alpha )}}.} لاحظ أن هناθ{\displaystyle \theta } هو مُعامل قياس ، وليس مُعامل معدل.

إذا يوΓ(α1،θ1){\displaystyle U\sim \Gamma (\alpha _{1},\theta _{1})}،VΓ(α2،θ2){\displaystyle V\sim \Gamma (\alpha _{2},\theta _{2})}ثم عن طريق إعادة تحجيمθ{\displaystyle \theta }لدينا معامل الوحدةيوθ1يوθ1+Vθ2=θ2يوθ2يو+θ1Vβ(α1،α2)يوθ1Vθ2=θ2θ1يوVβ(α1،α2).{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\frac {U}{\theta _{1}}}{{\frac {U}{\theta _{1}}}+{\frac {V}{\theta _{2}}}}}&={\frac {\theta _{2}U}{\theta _{2}U+\theta _{1}V}}\sim \beta (\alpha _{1},\alpha _{2})\\{\frac {\frac {U}{\theta _{1}}}{\frac {V}{\theta _{2}}}}&={\frac {\theta _{2}}{\theta _{1}}}{\frac {U}{V}}\sim \beta '(\alpha _{1},\alpha _{2}).\end{aligned}}} هكذا يوVβ(α1،α2،1،θ1θ2)هـ[يوV]=θ1θ2α1α2-1،{\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {U}{V}}&\sim \beta '\left(\alpha _{1},\alpha _{2},1,{\frac {\theta _{1}}{\theta _{2}}}\right)\\\operatorname {E} \left[{\frac {U}{V}}\right]&={\frac {\theta _{1}}{\theta _{2}}}{\frac {\alpha _{1}}{\alpha _{2}-1}},\end{aligned}}} في أيβ(α،β،ص،q){\displaystyle \beta '(\alpha ,\beta ,p,q)}يمثل التوزيع الأولي بيتا المعمم .

يتضح مما سبق أنه إذاXβ(α1،α2،1،1)β(α1،α2){\displaystyle X\sim \beta '(\alpha _{1},\alpha _{2},1,1)\equiv \beta '(\alpha _{1},\alpha _{2})}ثمθXβ(α1،α2،1،θ){\displaystyle \theta X\sim \beta '(\alpha _{1},\alpha _{2},1,\theta )}وبشكل أكثر وضوحاً، لأن β(x؛α1،α2،1،R)=1Rβ(xR؛α1،α2){\displaystyle \beta '(x;\alpha _{1},\alpha _{2},1,R)={\frac {1}{R}}\beta '({\frac {x}{R}};\alpha _{1},\alpha _{2})} لويوΓ(α1،θ1)،VΓ(α2،θ2){\displaystyle U\sim \Gamma (\alpha _{1},\theta _{1}),V\sim \Gamma (\alpha _{2},\theta _{2})} ثم يوV1Rβ(xR؛α1،α2)=(xR)α1-1(1+xR)α1+α21Rب(α1،α2)،{\displaystyle {\frac {U}{V}}\sim {\frac {1}{R}}\beta '({\frac {x}{R}};\alpha _{1},\alpha _{2})={\frac {\left({\frac {x}{R}}\right)^{\alpha _{1}-1}}{\left(1+{\frac {x}{R}}\right)^{\alpha _{1}+\alpha _{2}}}}\cdot {\frac {1}{\;R\;B(\alpha _{1},\alpha _{2})}},} أين x0؛R=θ1θ2؛ب(α1،α2)=Γ(α1)Γ(α2)Γ(α1+α2).{\displaystyle {\begin{aligned}x&\geq 0;\\R&={\frac {\theta _{1}}{\theta _{2}}};\\B(\alpha _{1},\alpha _{2})&={\frac {\Gamma (\alpha _{1})\Gamma (\alpha _{2})}{\Gamma (\alpha _{1}+\alpha _{2})}}.\end{aligned}}}

توزيعات بيتا

طُوِّرت هذه الطريقة لأول مرة بواسطة ت. فام-جيا [ 18 ] الذي وجد أن دالة كثافة الاحتمال لنسبة بيتا يُمكن التعبير عنها بدلالة الدوال فوق الهندسية. تُحسب هذه الدوال عدديًا كمجموع منفصل لانهائي أو كتكامل. يُعدّ التكامل بسيطًا بحيث إذاY{\displaystyle Y}هي نسبة عينتين بيتا مستقلتينY=X1/X2{\displaystyle Y=X_{1}/X_{2}}كل منها بصيغة PDFب(α،β)-1xα-1(1-x)β-1{\displaystyle B(\alpha ,\beta )^{-1}x^{\alpha -1}(1-x)^{\beta -1}}تتم العملية في نطاقين0y<1{\displaystyle 0\leq y<1}و1<y<{\displaystyle 1<y<\infty \,} هكذا

وأ(y|0<y1)=1ب(α1،β1)(α2،β2)yα1-101دصصα1+α2-1(1-ص)β2-1(1-صy)β1-1وب(y|1<y<)=1ب(α1،β1)(α2،β2)1yα2+101دصصα1+α2-1(1-ص)β1-1(1-yص)β2-1{\displaystyle {\begin{aligned}&f_{A}(y|0<y\leq 1)={\frac {1}{B(\alpha _{1},\beta _{1})(\alpha _{2},\beta _{2})}}y^{\alpha _{1}-1}\int _{0}^{1}dp\;p^{\alpha 1+\alpha _{2}-1}(1-p)^{\beta _{2}-1}(1-py)^{\beta _{1}-1}\\[6pt]&f_{B}(y|1<y<\infty )={\frac {1}{B(\alpha _{1},\beta _{1})(\alpha _{2},\beta _{2})}}{\frac {1}{y^{\alpha _{2}+1}}}\int _{0}^{1}dp\;p^{\alpha 1+\alpha _{2}-1}(1-p)^{\beta _{1}-1}\left(1-{\frac {y}{p}}\right)^{\beta _{2}-1}\end{aligned}}}

توزيعات رايلي

إذا كانت X و Y عينتين مستقلتين من توزيع رايليور(ر)=(ر/σ2)هـ-ر2/2σ2،ر0{\displaystyle f_{r}(r)=(r/\sigma ^{2})e^{-r^{2}/2\sigma ^{2}},\;\;r\geq 0}، النسبة Z = X / Y تتبع التوزيع [ 19 ]

وz(z)=2z(1+z2)2،z0{\displaystyle f_{z}(z)={\frac {2z}{(1+z^{2})^{2}}},\;\;z\geq 0} وله توزيع تراكمي Fz(z)=1-11+z2=z21+z2،z0{\displaystyle F_{z}(z)=1-{\frac {1}{1+z^{2}}}={\frac {z^{2}}{1+z^{2}}},\;\;\;z\geq 0} يتميز توزيع رايلي بأن المقياس هو المعلمة الوحيدة فيه. توزيعZ=αX/Y{\displaystyle Z=\alpha X/Y}يتبع وz(z،α)=2αz(α+z2)2،z>0{\displaystyle f_{z}(z,\alpha )={\frac {2\alpha z}{(\alpha +z^{2})^{2}}},\;\;z>0} وله توزيع تراكمي Fz(z،α)=z2α+z2،z0{\displaystyle F_{z}(z,\alpha )={\frac {z^{2}}{\alpha +z^{2}}},\;\;\;z\geq 0}

توزيعات جاما الكسرية (بما في ذلك توزيعات كاي، وكاي تربيع، والأسية، ورايلي، وويبول)

توزيع غاما المعمم هو و(x؛أ،د،ر)=رΓ(د/ر)أدxد-1هـ-(x/أ)رx0؛أ،د،ر>0{\displaystyle f(x;a,d,r)={\frac {r}{\Gamma (d/r)a^{d}}}x^{d-1}e^{-(x/a)^{r}}\;x\geq 0;\;\;a,\;d,\;r>0} وهذا يشمل توزيعات غاما المنتظمة، وكاي، وكاي تربيع، والأسية، ورايلي، وناكاجامي، وويبول التي تتضمن قوى كسرية. لاحظ أن a هنا هو معامل المقياس ، وليس معامل المعدل؛ وd هو معامل الشكل.

لويوو(x؛أ1،د1،ر)،Vو(x؛أ2،د2،ر) مستقلون، و دبليو=يو/V{\displaystyle U\sim f(x;a_{1},d_{1},r),\;\;V\sim f(x;a_{2},d_{2},r){\text{ are independent, and }}W=U/V}

ثم [ 20 ]ز(w)=ر(أ1أ2)د2ب(د1ر،د2ر)w-د2-1(1+(أ2أ1)-رw-ر)د1+د2ر،w>0{\textstyle g(w)={\frac {r\left({\frac {a_{1}}{a_{2}}}\right)^{d_{2}}}{B\left({\frac {d_{1}}{r}},{\frac {d_{2}}{r}}\right)}}{\frac {w^{-d_{2}-1}}{\left(1+\left({\frac {a_{2}}{a_{1}}}\right)^{-r}w^{-r}\right)^{\frac {d_{1}+d_{2}}{r}}}},\;\;w>0}

أينب(u،v)=Γ(u)Γ(v)Γ(u+v){\displaystyle B(u,v)={\frac {\Gamma (u)\Gamma (v)}{\Gamma (u+v)}}} .

نمذجة مزيج من عوامل القياس المختلفة

في النسب المذكورة أعلاه، قد يكون لعينات جاما، U و V أحجام عينات مختلفةα1،α2{\displaystyle \alpha _{1},\alpha _{2}}لكن يجب سحبها من نفس التوزيعxα-1هـ-x/θθكΓ(α){\displaystyle {\frac {x^{\alpha -1}e^{-x/\theta }}{\theta ^{k}\Gamma (\alpha )}}}مع قياس متساوٍθ{\displaystyle \theta }.

في الحالات التي يكون فيها U و V بمقاييس مختلفة، يسمح تحويل المتغيرات بتحديد دالة كثافة الاحتمال للنسبة العشوائية المعدلة. لنفترضX=يويو+V=11+ب{\displaystyle X={\frac {U}{U+V}}={\frac {1}{1+B}}}أينيوΓ(α1،θ)،VΓ(α2،θ)،θ{\displaystyle U\sim \Gamma (\alpha _{1},\theta ),V\sim \Gamma (\alpha _{2},\theta ),\theta }تعسفي، ومن الأعلى،Xبهـتأ(α1،α2)،ب=V/يوبهـتأ(α2،α1){\displaystyle X\sim \mathrm {Beta} (\alpha _{1},\alpha _{2}),B=V/U\sim \mathrm {Beta} '(\alpha _{2},\alpha _{1})}.

أعد تحجيم V بشكل تعسفي، مع تحديدYيويو+φV=11+φب،0φ{\displaystyle Y\sim {\frac {U}{U+\varphi V}}={\frac {1}{1+\varphi B}},\;\;0\leq \varphi \leq \infty }

لديناب=1-XX{\displaystyle B={\frac {1-X}{X}}}والتعويض في Y يعطيY=Xφ+(1-φ)X{\displaystyle Y={\frac {X}{\varphi +(1-\varphi )X}}}،دY/دX=φ(φ+(1-φ)X)2{\displaystyle dY/dX={\frac {\varphi }{(\varphi +(1-\varphi )X)^{2}}}}

تحويل X إلى Y يعطيوY(Y)=وX(X)|دY/دX|=β(X،α1،α2)φ/[φ+(1-φ)X]2{\displaystyle f_{Y}(Y)={\frac {f_{X}(X)}{|dY/dX|}}={\frac {\beta (X,\alpha _{1},\alpha _{2})}{\varphi /[\varphi +(1-\varphi )X]^{2}}}}

ملاحظةX=φY1-(1-φ)Y{\displaystyle X={\frac {\varphi Y}{1-(1-\varphi )Y}}} لقد حصلنا أخيراً وY(Y،φ)=φ[1-(1-φ)Y]2β(φY1-(1-φ)Y،α1،α2)،0Y1{\displaystyle f_{Y}(Y,\varphi )={\frac {\varphi }{[1-(1-\varphi )Y]^{2}}}\beta {\left({\frac {\varphi Y}{1-(1-\varphi )Y}},\alpha _{1},\alpha _{2}\right)},\;\;\;0\leq Y\leq 1}

وبالتالي، إذايوΓ(α1،θ1){\displaystyle U\sim \Gamma (\alpha _{1},\theta _{1})}وVΓ(α2،θ2){\displaystyle V\sim \Gamma (\alpha _{2},\theta _{2})} ثمY=يويو+V{\displaystyle Y={\frac {U}{U+V}}}يتم توزيعها على النحو التالي:وY(Y،φ){\displaystyle f_{Y}(Y,\varphi )}معφ=θ2θ1{\displaystyle \varphi ={\frac {\theta _{2}}{\theta _{1}}}}

يقتصر توزيع Y هنا على الفترة [0،1]. ويمكن تعميمه عن طريق القياس بحيث إذاYوY(Y،φ){\displaystyle Y\sim f_{Y}(Y,\varphi )} ثم

ΘYوY(Y،φ،Θ){\displaystyle \Theta Y\sim f_{Y}(Y,\varphi ,\Theta )}

أينوY(Y،φ،Θ)=φ/Θ[1-(1-φ)Y/Θ]2β(φY/Θ1-(1-φ)Y/Θ،α1،α2)،0YΘ{\displaystyle f_{Y}(Y,\varphi ,\Theta )={\frac {\varphi /\Theta }{[1-(1-\varphi )Y/\Theta ]^{2}}}\beta \left({\frac {\varphi Y/\Theta }{1-(1-\varphi )Y/\Theta }},\alpha _{1},\alpha _{2}\right),\;\;\;0\leq Y\leq \Theta }

ΘY{\displaystyle \Theta Y}ثم تكون عينة منΘيويو+φV{\displaystyle {\frac {\Theta U}{U+\varphi V}}}

مقلوب العينات من توزيعات بيتا

على الرغم من أنها ليست توزيعات نسبية لمتغيرين، إلا أن المتطابقات التالية لمتغير واحد مفيدة:

  • لوXβ(α،β){\displaystyle X\sim \beta (\alpha ,\beta )}ثمx=X1-Xβ(α،β){\displaystyle \mathbf {x} ={\frac {X}{1-X}}\sim \beta '(\alpha ,\beta )}
  • لوYβ(α،β){\displaystyle \mathbf {Y} \sim \beta '(\alpha ,\beta )}ثمy=1Yβ(β،α){\displaystyle y={\frac {1}{\mathbf {Y} }}\sim \beta '(\beta ,\alpha )}بدمج المعادلتين الأخيرتين نحصل على
  • لوXβ(α،β){\displaystyle X\sim \beta (\alpha ,\beta )}ثمx=1X-1β(β،α){\displaystyle \mathbf {x} ={\frac {1}{X}}-1\sim \beta '(\beta ,\alpha )}.
  • لوYβ(α،β){\displaystyle \mathbf {Y} \sim \beta '(\alpha ,\beta )}ثمy=Y1+Yβ(α،β){\displaystyle y={\frac {\mathbf {Y} }{1+\mathbf {Y} }}\sim \beta (\alpha ,\beta )}

نتيجة

11+Y=Y-1Y-1+1β(β،α){\displaystyle {\frac {1}{1+\mathbf {Y} }}={\frac {\mathbf {Y} ^{-1}}{\mathbf {Y} ^{-1}+1}}\sim \beta (\beta ,\alpha )}

1+Y{β(β،α)}-1{\displaystyle 1+\mathbf {Y} \sim \{\;\beta (\beta ,\alpha )\;\}^{-1}}، توزيع مقلوبβ(β،α){\displaystyle \beta (\beta ,\alpha )} عينات.

لويوΓ(α،1)،VΓ(β،1){\displaystyle U\sim \Gamma (\alpha ,1),V\sim \Gamma (\beta ,1)}ثميوVβ(α،β){\displaystyle {\frac {U}{V}}\sim \beta '(\alpha ,\beta )}و يو/V1+يو/V=يوV+يوβ(α،β){\displaystyle {\frac {U/V}{1+U/V}}={\frac {U}{V+U}}\sim \beta (\alpha ,\beta )}

يمكن الاطلاع على المزيد من النتائج في مقالة التوزيع العكسي .

  • إذا كان X و Y متغيرين عشوائيين أسيين مستقلين بمتوسط ​​μ ، فإن XY هو متغير عشوائي أسي مزدوج بمتوسط ​​0 ومقياس μ .

التوزيع ذو الحدين

وقد تم التوصل إلى هذه النتيجة بواسطة كاتز وآخرون [ 12 ]

يفترضXذات الحدين(ن،ص1){\displaystyle X\sim \operatorname {Binomial} (n,p_{1})}وYذات الحدين(م،ص2){\displaystyle Y\sim {\text{Binomial}}(m,p_{2})}وX{\displaystyle X}،Y{\displaystyle Y}مستقلة . ليكنتي=X/نY/م{\displaystyle T={\frac {X/n}{Y/m}}} .

ثمسجل(تي){\displaystyle \log(T)}يتوزع توزيعًا طبيعيًا تقريبًا بمتوسطسجل(ص1/ص2){\displaystyle \log(p_{1}/p_{2})}والتباين(1/ص1)-1ن+(1/ص2)-1م{\displaystyle {\frac {(1/p_{1})-1}{n}}+{\frac {(1/p_{2})-1}{m}}} .

يُعدّ توزيع النسبة الثنائية ذا أهمية بالغة في التجارب السريرية: فإذا عُرف توزيع T كما ذُكر أعلاه، يُمكن تقدير احتمالية ظهور نسبة معينة بالصدفة البحتة، أي نتيجة إيجابية خاطئة. وقد قارنت العديد من الدراسات مدى متانة التقريبات المختلفة للنسبة الثنائية.

توزيعات بواسون وتوزيعات بواسون المقتطعة

في نسبة متغيرات بواسون R = X / تكمن المشكلة في أن Y يساوي صفرًا باحتمالية محدودة، مما يجعل R غير مُعرَّف. ولتجاوز هذه المشكلة، يُمكن النظر في النسبة المقتطعة، أو الخاضعة للرقابة، R = X / حيث يتم استبعاد العينات الصفرية من Y. علاوة على ذلك، في العديد من الدراسات الاستقصائية الطبية، توجد مشاكل منهجية تتعلق بموثوقية العينات الصفرية لكل من X و Y ، وقد يكون من الممارسات الجيدة تجاهل هذه العينات على أي حال.

احتمالية أن تكون عينة بواسون الصفرية هـ-λ{\displaystyle e^{-\lambda }}، دالة كثافة الاحتمال العامةلتوزيع بواسون المقطوع من اليسار هي ص~x(x؛λ)=11-هـ-λهـ-λλxx!،x1،2،3،{\displaystyle {\tilde {p}}_{x}(x;\lambda )={\frac {1}{1-e^{-\lambda }}}{\frac {e^{-\lambda }\lambda ^{x}}{x!}},\;\;\;x\in 1,2,3,\cdots } وهو ما يساوي واحدًا. وفقًا لكوهين، [ 21 ] بالنسبة لـ n من التجارب المستقلة، فإن دالة كثافة الاحتمال المقتطعة متعددة الأبعاد هي ص~(x1،x2،...،xن؛λ)=1(1-هـ-λ)نأنا=1نهـ-λλxأناxأنا!،xأنا1،2،3،{\displaystyle {\tilde {p}}(x_{1},x_{2},\dots ,x_{n};\lambda )={\frac {1}{\left(1-e^{-\lambda }\right)^{n}}}\prod _{i=1}^{n}{\frac {e^{-\lambda }\lambda ^{x_{i}}}{x_{i}!}},\;\;\;x_{i}\in 1,2,3,\cdots } وتصبح دالة الاحتمال اللوغاريتمي ل=ln(ص~)=-نln(1-هـ-λ)-نλ+ln(λ)أنا=1نxأنا-lnأنا=1ن(xأنا!)،xأنا1،2،3،{\displaystyle L=\ln({\tilde {p}})=-n\ln \left(1-e^{-\lambda }\right)-n\lambda +\ln(\lambda )\sum _{i=1}^{n}x_{i}-\ln \prod _{i=1}^{n}(x_{i}!),\;\;\;x_{i}\in 1,2,3,\cdots } عند التفاضل نحصل على دلدλ=-ن1-هـ-λ+1λأنا=1نxأنا{\displaystyle {\frac {dL}{d\lambda }}={\frac {-n}{1-e^{-\lambda }}}+{\frac {1}{\lambda }}\sum _{i=1}^{n}x_{i}} وتعيين القيمة إلى الصفر يعطي تقدير الاحتمالية القصوىλ^ML{\displaystyle {\hat {\lambda }}_{\text{ML}}}λ^ML1-هـ-λ^ML=1نأنا=1نxأنا=x¯{\displaystyle {\frac {{\hat {\lambda }}_{\text{ML}}}{1-e^{-{\hat {\lambda }}_{\text{ML}}}}}={\frac {1}{n}}\sum _{i=1}^{n}x_{i}={\bar {x}}}

لاحظ ذلك كماλ^0{\displaystyle {\hat {\lambda }}\to 0}ثمx¯1{\displaystyle {\bar {x}}\to 1}لذا فإن الاحتمال الأقصى المقتطعλ{\displaystyle \lambda }على الرغم من أن التقدير صحيح لكل من التوزيعات المبتورة وغير المبتورة، إلا أنه يعطي متوسطًا مبتورًاx¯{\displaystyle {\bar {x}}}القيمة التي تتسم بانحياز كبير مقارنة بالقيمة غير المقتطعة. ومع ذلك، يبدو أنx¯{\displaystyle {\bar {x}}}إحصائية كافية لـλ{\displaystyle \lambda }منذλ^مل{\displaystyle {\hat {\lambda }}_{ML}}يعتمد على البيانات فقط من خلال متوسط ​​العينةx¯=1نأنا=1نxأنا{\displaystyle {\bar {x}}={\frac {1}{n}}\sum _{i=1}^{n}x_{i}}في المعادلة السابقة التي تتوافق مع منهجية توزيع بواسون التقليدي .

في غياب أي حلول مغلقة، فإن الانعكاس التقريبي التالي للقطعλ{\displaystyle \lambda }صالحة على النطاق بأكمله0λ؛1x¯{\displaystyle 0\leq \lambda \leq \infty ;\;1\leq {\bar {x}}\leq \infty } . λ^=x¯-هـ-(x¯-1)-0.07(x¯-1)هـ-0.666(x¯-1)+ε،|ε|<0.006{\displaystyle {\hat {\lambda }}={\bar {x}}-e^{-({\bar {x}}-1)}-0.07({\bar {x}}-1)e^{-0.666({\bar {x}}-1)}+\varepsilon ,\;\;\;|\varepsilon |<0.006} وهذا بالمقارنة مع النسخة غير المختصرة التي هي ببساطةλ^=x¯{\displaystyle {\hat {\lambda }}={\bar {x}}}أخذ النسبةR=λ^X/λ^Y{\displaystyle R={\hat {\lambda }}_{X}/{\hat {\lambda }}_{Y}}تُعد عملية صحيحة على الرغم منλ^X{\displaystyle {\hat {\lambda }}_{X}}قد يستخدم نموذجًا غير مبتور بينماλ^Y{\displaystyle {\hat {\lambda }}_{Y}}يحتوي على نسخة مبتورة من اليسار.

التقارب الكبير-نλ{\displaystyle n\lambda }تباينλ^{\displaystyle {\hat {\lambda }}}(وضمن نطاق كرامر-راو ) هو Vأر(λ^)-(هـ[دلتا2لدلتاλ2]λ=λ^)-1{\displaystyle \mathbb {Var} ({\hat {\lambda }})\geq -\left(\mathbb {E} \left[{\frac {\delta ^{2}L}{\delta \lambda ^{2}}}\right]_{\lambda ={\hat {\lambda }}}\right)^{-1}}

حيث يؤدي استبدال L إلى دلتا2لدلتاλ2=-ن[x¯λ2-هـ-λ(1-هـ-λ)2]{\displaystyle {\frac {\delta ^{2}L}{\delta \lambda ^{2}}}=-n\left[{\frac {\bar {x}}{\lambda ^{2}}}-{\frac {e^{-\lambda }}{(1-e^{-\lambda })^{2}}}\right]} ثم استبدالx¯{\displaystyle {\bar {x}}}من المعادلة أعلاه، نحصل على تقدير تباين كوهين Vأر(λ^)λ^ن(1-هـ-λ^)21-(λ^+1)هـ-λ^{\displaystyle \mathbb {Var} ({\hat {\lambda }})\geq {\frac {\hat {\lambda }}{n}}{\frac {(1-e^{-{\hat {\lambda }}})^{2}}{1-({\hat {\lambda }}+1)e^{-{\hat {\lambda }}}}}}

تباين التقدير النقطي للمتوسط ​​⁠λ{\displaystyle \lambda }، بناءً على n من المحاولات، يتناقص بشكل مقارب إلى الصفر مع ازدياد n إلى ما لا نهاية. بالنسبة للقيم الصغيرةλ{\displaystyle \lambda }يختلف هذا عن تباين دالة كثافة الاحتمال المقتطعة في سبرينجيل [ 22 ] على سبيل المثال، الذي يذكر تباينًا قدره Vأر(λ)=λ/ن1-هـ-λ[1-λهـ-λ1-هـ-λ]{\displaystyle \mathbb {Var} (\lambda )={\frac {\lambda /n}{1-e^{-\lambda }}}\left[1-{\frac {\lambda e^{-\lambda }}{1-e^{-\lambda }}}\right]} بالنسبة لعدد n من العينات في دالة كثافة الاحتمال المقتطعة من اليسار الموضحة في أعلى هذا القسم، أظهر كوهين أن تباين التقدير بالنسبة إلى تباين دالة كثافة الاحتمال،Vأر(λ^)/Vأر(λ){\displaystyle \mathbb {Var} ({\hat {\lambda }})/\mathbb {Var} (\lambda )}، ويتراوح من 1 للكبيرλ{\displaystyle \lambda }(كفاءة 100%) حتى 2λ{\displaystyle \lambda }يقترب من الصفر (كفاءة 50٪).

يمكن تطبيق تقديرات معلمات المتوسط ​​والتباين هذه، بالإضافة إلى التقديرات الموازية لـ X ، على تقريبات التوزيع الطبيعي أو التوزيع ذي الحدين لنسبة بواسون. قد لا تكون عينات التجارب مناسبة لعملية بواسون؛ ويمكن الاطلاع على مناقشة إضافية حول اقتطاع بواسون في دراسة ديتز وبونينغ [ 23 ] ، كما توجد مقالة على ويكيبيديا حول توزيع بواسون المقتطع عند الصفر .

توزيع لوماكس المزدوج

هذا التوزيع هو نسبة توزيعين لابلاس . [ 24 ] ليكن X و Y متغيرين عشوائيين متطابقين بتوزيع لابلاس القياسي، وليكن z = X / Y. عندئذٍ يكون التوزيع الاحتمالي لـ z هو

و(x)=12(1+|z|)2{\displaystyle f(x)={\frac {1}{2\left(1+|z|\right)^{2}}}}

لنفترض أن متوسط ​​X و Y هو a . عندئذٍ يكون توزيع لوماكس المزدوج القياسي متماثلاً حول a .

يتميز هذا التوزيع بمتوسط ​​وتباين لانهائيين.

إذا كان Z له توزيع لوماكس مزدوج قياسي، فإن 1/ Z له أيضًا توزيع لوماكس مزدوج قياسي.

يتميز توزيع لوماكس القياسي بأنه أحادي النمط وله ذيول أثقل من توزيع لابلاس.

بالنسبة لـ 0 < a < 1، فإن العزم a موجود.

Λ=|X||X+Y|{\displaystyle \Lambda ={\frac {|\mathbf {X} |}{|\mathbf {X} +\mathbf {Y} |}}}هـ(Zأ)=Γ(1+أ)Γ(1-أ){\displaystyle E(Z^{a})={\frac {\Gamma (1+a)}{\Gamma (1-a)}}}

حيث Γ هي دالة غاما .

توزيعات النسب في التحليل متعدد المتغيرات

تظهر توزيعات النسب أيضًا في التحليل متعدد المتغيرات . [ 25 ] إذا كانت المصفوفات العشوائية X و Y تتبع توزيع ويشارت، فإن نسبة المحدداتφ=|X||Y|{\displaystyle \varphi ={\frac {|\mathbf {X} |}{|\mathbf {Y} |}}} يتناسب مع حاصل ضرب F متغيرات عشوائية مستقلة. في حالة كون X و Y من توزيعات ويشارت معيارية مستقلة، فإن النسبة Λ=|X||X+Y|{\displaystyle \Lambda ={\frac {|\mathbf {X} |}{|\mathbf {X} +\mathbf {Y} |}}} له توزيع لامدا ويلكس .

نسب الأشكال التربيعية التي تتضمن مصفوفات ويشارت

فيما يتعلق بتوزيعات مصفوفة ويشارت، إذاSدبليوص(Σ،ν+1){\displaystyle S\sim W_{p}(\Sigma ,\nu +1)}هي مصفوفة ويشارت نموذجية، ومتجهV{\displaystyle V}إذا كان المتغير عشوائيًا ولكنه مستقل إحصائيًا، فإن النتيجة 3.2.9 من مويرهيد [ 26 ] تنص على VتيSVVتيΣVχν2.{\displaystyle {\frac {V^{T}SV}{V^{T}\Sigma V}}\sim \chi _{\nu }^{2}.}

ينشأ التباين بمقدار واحد في أعداد العينة من تقدير متوسط ​​العينة عند تكوين التباين المشترك للعينة، وهو نتيجة لنظرية كوكران . وبالمثل، VتيΣ-1VVتيS-1Vχν-ص+12،{\displaystyle {\frac {V^{T}\Sigma ^{-1}V}{V^{T}S^{-1}V}}\sim \chi _{\nu -p+1}^{2},} وهي النظرية 3.2.12 لمويرهيد. [ 27 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. لم يتم إثبات ذلك رسميًا، على الرغم من أنه يبدو أن جيري قد استخدمه
  2. لاحظ، مع ذلك، أنX1{\displaystyle X_{1}}وX2{\displaystyle X_{2}}يمكن توزيعها بشكل فردي وفقًا للتوزيع اللوغاريتمي الطبيعي دون أن يكون لها توزيع لوغاريتمي طبيعي ثنائي المتغيرات.
  3. بالطبع، أي استدعاء لنظرية النهاية المركزية يفترض شروط انتظام مناسبة وشائعة التحقق، على سبيل المثال، التباين المحدود.

مراجع

المراجع