Statistiques sur l'indépendance et l'ordre


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J'ai un problème sous la main, que je ne peux pas résoudre. Quelqu'un peut-il m'aider à commencer?

Y1<Y2<Y3 : Une statistique d'ordre de taille 3 à partir d'une distribution ayant pdf Définissez également La tâche consiste à calculer le pdf commun de .

f(x)=2x   0<x<1
U1=Y1Y2  and    U2=Y2Y3
U1 & U2

Mon travail: j'ai découvert le marginal de .U1 & U2

P(U1≤u1)=∫01∫0u1y2fY1,Y2(y1,y2)dy1dy2
P(U2≤u2)=∫01∫0u2y3fY2,Y3(y2,y3)dy2dy3
Quelle étape dois-je faire ensuite?

Réponses:


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Voici un guide pour résoudre ce problème (et d'autres comme celui-ci). J'utilise des valeurs simulées pour illustrer, commençons donc par simuler un grand nombre de réalisations indépendantes de la distribution avec la densité . (Tout le code de cette réponse est écrit .)fR

n <- 4e4 # Number of trials in the simulation
x <- matrix(pmax(runif(n*3), runif(n*3)), nrow=3)

# Plot the data
par(mfrow=c(1,3))
for (i in 1:3) {
  hist(x[i, ], freq=FALSE, main=paste("i =", i))
  curve(f(x), add=TRUE, col="Red", lwd=2)
}

Histogrammes de données originales

Les histogrammes montrent réalisations indépendantes des premier, deuxième et troisième éléments des ensembles de données. Le graphique des courbes rouges . Le fait qu'ils coïncident avec les histogrammes confirme que la simulation fonctionne comme prévu.40,000f

Vous devez déterminer la densité de jointure de . (Y1,Y2,Y3)Puisque vous étudiez les statistiques de commande, cela devrait être routinier - mais le code donne quelques indices, car il trace leurs distributions pour référence.

y <- apply(x, 2, sort)

# Plot the order statistics.
f <- function(x) 2*x
ff <- function(x) x^2
for (i in 1:3) {
  hist(y[i, ], freq=FALSE, main=paste("i =", i))
  k <- factorial(3) / (factorial(3-i)*factorial(1)*factorial(i-1))
  curve(k * (1-ff(x))^(3-i) * f(x) * ff(x)^(i-1), add=TRUE, col="Red", lwd=2)
}

Histogrammes des statistiques de commande

Les mêmes données ont été réorganisées dans chacun des ensembles de données. À gauche, l'histogramme de leurs minima , à droite leurs maxima et au milieu leurs médianes .40,000Y1Y3Y2

Ensuite, calculez directement la distribution conjointe de . (U1,U2) Par définition, c'est

F(u1,u2)=Pr(U1≤u1,U2≤u2)=Pr(Y1≤u1Y2,Y2≤u2Y3).

Puisque vous avez calculé la densité conjointe de , il s'agit de faire systématiquement l'intégrale (triple) exprimée par la probabilité de droite. La région d'intégration doit être(Y1,Y2,Y3)

0≤Y1≤u1Y2, 0≤Y2≤u2Y3, 0≤Y3≤1.

La simulation peut nous donner une idée de la façon dont sont distribués: voici un nuage de points des valeurs réalisées de . Votre réponse théorique devrait décrire cette densité.(U1,U2)(U1,U2)

par(mfrow=c(1,1))
u <- cbind(y[1, ]/y[2, ], y[2, ]/y[3, ])
plot(u, pch=16, cex=1/2, col="#00000008", asp=1)

Nuage de points

À titre de vérification, nous pouvons examiner les distributions marginales et les comparer aux solutions théoriques. Les densités marginales, représentées par des courbes rouges, sont obtenues comme et .∂F(u1,1)/∂u1∂F(1,u2)/∂u2

par(mfrow=c(1,2))
hist(u[, 1], freq=FALSE); curve(2*x, add=TRUE, col="Red", lwd=2)
hist(u[, 2], freq=FALSE); curve(4*x^3, add=TRUE, col="Red", lwd=2)
par(mfrow=c(1,1))

Histogrammes de U_1 et U_2

Il est curieux que ait la même distribution que le origine .U1Xi


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Voici une solution symbolique exacte qui retrace les étapes requises ... ici en utilisant des outils automatisés pour faire les petits grincheux

Soit un échantillon de taille 3 du pdf parent :(X1,X2,X3)f(x)

entrez la description de l'image ici

Ensuite, le pdf commun de l'échantillon ordonné est dit :(X(1),X(2),X(3))g(x1,x2,x3)

entrez la description de l'image ici

où j'utilise la OrderStatfonction du package mathStatica pour Mathematica .

Le cdf commun de est :(U1,U2)P(X(1)X(2)<u1,X(2)X(3)<u2)

entrez la description de l'image ici

Le pdf commun de est dérivé en différenciant simplement le cdf wrt et :(U1,U2)u1u2

entrez la description de l'image ici

Enfin, en guise de vérification rapide de Monte Carlo, voici une comparaison de:

  • la solution théorique exacte dérivée (le joint pdf - la surface orange)

  • tracé par rapport à un pdf conjoint simulé Monte Carlo empirique (histogramme 3D):

entrez la description de l'image ici

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