Combien des plus grands termes deajouter jusqu'à la moitié du total?


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Considérez ∑i=1N|Xi| où X1,…,XN sont iid et le CLT est valide .
Combien des termes les plus importants représentent jusqu'à la moitié de la somme totale?
Par exemple, 10 + 9 + 8 ≈ (10 + 9 + 8 … + 1) / 2: 30% des termes atteignent environ la moitié du total.

Définissez
sumbiggest( j;X1…XN)≡sum of the j biggest of |X1|…|XN|
halfsum(N)≡the smallest j such that sumbiggest( j )≈sumbiggest(N)/2.

Existe-t-il un résultat asymptotique général pour la demi-somme ( N,μ,σ )?
Une dérivation simple et intuitive serait bien.

(Un peu de Monte Carlo suggère que parfois la demi-somme ( N ) ≈N / 4 environ;
c'est-à-dire que le plus grand 1/4 du Xi ajoute jusqu'à la moitié du total. J'obtiens
0,24 N pour la demi-normale, 0,19 N pour exponentielle, pour N = 20, 50, 100.)


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Ne vous attendez pas à un résultat universel de type CLT. Par exemple, la réponse pour les variables uniformes (0,1) sera très différente de la réponse pour les variables uniformes (1000,1001)!
— whuber

À droite, la demi-somme dépendra bien sûr de la moyenne et de la sd. Mais pourquoi ~ N / 5 pour exponentielle?
— denis

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Asymptotiquement, Denis, la valeur seuil pour la demi-somme sera la valeur pour laquelle où est le pdf pour; la question demande ( est le cdf pour ). Dans le cas de la distribution uniforme vous obtenez la réponse de @ Dilip; pour une exponentielle, . ∫ x 0 t f ( t ) d t = une / 2 f | X i | N ( 1 - F ( x ) ) F | X i | [ 0 , 1 ] x ≈ 0,1886682 N ≈ N / 5x∫0xtf(t)dt=1/2f|Xi|N(1−F(x))F|Xi|[0,1]x≈0.186682N≈N/5
— whuber

Réponses:


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Non, il n'y a pas de résultat asymptotique général. Soit le ordonné , où est le plus grand. x i x [ 1 ]x[1]…x[N]xix[1]

Considérez les deux exemples suivants:

1) . Clairement, le CLT tient. Vous n'avez besoin que de observation pour. M = 1 ∑ M j = 1 | x [ j ] | ≥ 1P(x=0)=1M=1∑j=1M|x[j]|≥12∑N|xi|

2) . Clairement, le CLT tient. Vous avez besoin de observations de pour.M = ⌈ N / 2 ⌉ ∑ M j = 1 | x [ j ] | ≥ 1P(x=1)=1M=⌈N/2⌉∑j=1M|x[j]|≥12∑N|xi|

Pour un exemple non trivial, la distribution de Bernoulli:

3) . Encore une fois, le CLT tient bon. Vous avez besoin de des observations pour répondre à vos conditions. En variant entre 0 et 1, vous pouvez vous rapprocher autant de l'exemple 1 que de l'exemple 2.⌈ p N / 2 ⌉ pP(x=1)=p, P(x=0)=1−p⌈pN/2⌉p


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Il est en effet évident que la réponse peut être n'importe où entre et , mais cela n'implique pas l'inexistence d'un résultat général. Ce que cela implique, c'est que nous devrions considérer des réponses où la fraction dépend de certaines propriétés de la distribution sous-jacente telles que sa moyenne et SD. Celles-ci sont suffisantes, avec le CLT, pour fournir des informations spécifiques et quantitatives sur la façon dont les sont distribués par rapport à leur somme, il est donc raisonnable d'espérer un tel résultat. N / 2 x [ i ]0N/2x[i]
— whuber

1

Voici un argument grossier donnant une estimation légèrement différente pour les variables aléatoires uniformément réparties. Supposons que les sont des variables aléatoires continues réparties uniformément sur . Alors, a la valeur moyenne . Supposons que par une coïncidence surprenante et totalement incroyable, la somme soit exactement égale à . Nous voulons donc estimer combien des plus grandes valeurs de résument à ou plus. Maintenant, l'histogramme de échantillons ( très grand) tiré de la distribution uniforme est à peu près plat de àXi[0,1]∑iXiN/2N/2XN/4NNU[0,1]01, et donc pour tout , , il y a échantillons répartis approximativement uniformément entre à . Ces échantillons ont une valeur moyenne et une somme égale à . La somme dépasse pour . Ainsi, la somme de échantillons les plus grands dépasse .x0<x<1(1−x)Nx1(1+x)/2(1−x)N(1+x)/2)=(1−x2)N/2N/4x≤1/2(1−1/2)N≈0.3NN/4

Vous pourriez essayer de généraliser un peu cela. Si , alors pour tout donné , nous voulons que soit tel que où est normal avec la moyenne et la variance . Ainsi, conditionné à une valeur de , . Multipliez par la densité de et intégrez (de à ) pour trouver le nombre moyen d'échantillons les plus grands qui dépassera la moitié de la somme aléatoire.∑iXi=YYx(1−x2)N/2=Y/2YN/2N/12Yx=1−(Y/N)YY=0Y=N


La distance entre deux points restreints pour être dans l'intervalle ne peut pas être distribuée exponentiellement car la distance doit être inférieure à tandis qu'une variable aléatoire exponentielle prend des valeurs dans . Ce qui est vrai, c'est que si sont des variables aléatoires exponentielles indépendantes, puis conditionnées à , les statistiques de commande sont uniformément distribués dans . Voir, par exemple, cette question et réponse sur le site compagnon math.SE. (suite)1 ( 0 , ∞ ) Y 1 , Y 2(0,1)1(0,∞)Y1,Y2,…,Yn+1Ymax=α Y(1),Y(2),…,Y(n)(0,α)
— Dilip Sarwate

En tout cas, mon argument n'utilise pas les distances entre les échantillons ordonnés de la distribution uniforme.
— Dilip Sarwate

Vous avez raison, je vous ai mal compris. Comme question secondaire, les pièces entre les points aléatoires uniformes ne sont-elles pas distribuées de façon exponentielle, après la mise à l'échelle - l'inverse de votre q + a? [Règle de bâton brisée du Wolfram Demonstrations Project] ( démonstrations.wolfram.com /BrokenStickRule) semble certainement exponentielle, il doit y avoir une solution facile? preuve.
— denis

Veuillez poser votre question secondaire en tant que question distincte.
— Dilip Sarwate

Commencé, puis vu la probabilité-distribution-de-longueurs de fragments , vous pouvez commenter là-bas.
— denis

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Supposons que X ait juste des valeurs positives pour se débarrasser de la valeur absolue.

Sans une preuve exacte, je pense que vous devez résoudre pour k

(1−FX(k))E(X|X>=k)=12E(X) avec F étant la fonction de distribution cumulative pour X

puis la réponse est donnée en prenant les valeurs les plus élevées.n(1−FX(k))

Ma logique est que la somme de toutes les valeurs supérieures à k devrait être asymétrique

n(1−FX(k))E(X|X>=k)

et asymétriquement la moitié de la somme totale est d'environ

12nE(X) .

La simulation numérique montre que le résultat est valable pour le cas uniforme (uniforme dans ) où et j'obtiens . Je ne sais pas si le résultat est toujours valable ou s'il peut être simplifié davantage, mais je pense que cela dépend vraiment de la fonction de distribution F.[0,1]k = √F(k)=kk=(12)

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