Очікування максимуму iid змінних Gumbel


12

Я постійно читаю в економічних журналах про конкретний результат, використаний у випадкових корисних моделях. Один варіант результату: якщо Gumbel ( , то:ϵiiid,μ,1),i

E[maxi(δi+ϵi)]=μ+γ+ln(iexp{δi}),

де γ0.52277 - константа Ейлера-Машероні. Я перевірив, що це має сенс за допомогою R, і це так. CDF для розподілу Gumbel (μ,1) :

G(ϵi)=exp(exp((ϵiμ)))

Я намагаюся знайти доказ цього, і успіху у мене не було. Я сам намагався довести це, але не можу пройти певний крок.

Хтось може вказати мені на доказ цього? Якщо ні, можливо, я можу надіслати свої спроби до того, де я застряг.


Відповіді:


7

Я вдячний за роботу, виставлену у вашій відповіді: дякую за цей внесок. Метою цієї публікації є простіша демонстрація. Значення простоти - одкровення: ми можемо легко отримати весь розподіл максимуму, а не лише його очікування.


Ігноруйте , поглинаючи його в і припускаючи, що всі мають розподіл Gumbel . (Тобто замініть кожен на та змініть на .) Це не змінює випадкову зміннуμδiϵi(0,1)ϵiϵiμδiδi+μ

X=maxi(δi+ϵi)=maxi((δi+μ)+(ϵiμ)).

Незалежність означає для всіх реальних що є добутком індивідуальних шансів . Складання журналів та застосування основних властивостей показників експоненційϵixPr(Xx)Pr(δi+ϵix)

logPr(Xx)=logiPr(δi+ϵix)=ilogPr(ϵixδi)=ieδiex=exp(x+logieδi).

Це логарифм CDF розподілу Гумбеля з параметром розташування Це,λ=logieδi.

X має розподіл .(logieδi,1)

Це набагато більше інформації, ніж вимагається. Середнє такого розподілу є що тягнуть за собоюγ+λ,

E[X]=γ+logieδi,

QED.


12

Виявляється, стаття про Econometrica Кеннета Малого та Харві Розена показала це в 1981 році, але у дуже спеціалізованому контексті, тому результат вимагає багато копання, не кажучи вже про деяку підготовку з економіки. Я вирішив довести це способом, який вважаю більш доступним.

Доведення : Нехай - кількість альтернатив. Залежно від значень вектора , функція приймає різні значення. По-перше, зосередьтеся на значеннях такі, що . Тобто, ми будемо інтегрувати через множину :Jϵ={ϵ1,...,ϵJ}maxi(δi+ϵi)ϵmaxi(δi+ϵi)=δ1+ϵ1δ1+ϵ1M1{ϵ:δ1+ϵ1>δj+ϵj,j1}

EϵM1[maxi(δi+ϵi)]=(δ1+ϵ1)f(ϵ1)[δ1+ϵ1δ2...δ1+ϵ1δJf(ϵ2)...f(ϵJ)dϵ2...dϵJ]dϵ1=(δ1+ϵ1)f(ϵ1)(δ1+ϵ1δ2f(ϵ2)dϵ2)...(δ1+ϵ1δJf(ϵJ)dϵJ)dϵ1=(δ1+ϵ1)f(ϵ1)F(δ1+ϵ1δ2)...F(δ1+ϵ1δJ)dϵ1

Вищенаведений термін є першим з таких термінів у . Зокрема,JE[maxi(δi+ϵi)]

E[maxi(δi+ϵi)]=iEϵMi[maxi(δi+ϵi)].

Тепер ми застосуємо функціональну форму розподілу Гумбеля. Це дає

EϵMi[maxi(δi+ϵi)]=(δi+ϵi)eμϵieeμϵijieeμϵi+δjδidϵi=(δi+ϵi)eμϵijeeμϵi+δjδidϵi=(δi+ϵi)eμϵiexp{jeμϵi+δjδi}dϵi=(δi+ϵi)eμϵiexp{eμϵijeδjδi}dϵi

де другий крок походить від збору одного з термінів у добуток, поряд з тим, що якщо .δjδi=0i=j

Тепер визначимо і зробимо підстановку , так що та . Зауважте, що як наближається до нескінченності, наближається до 0, а як наближається до негативної нескінченності, наближається до нескінченності. Dijeδjδix=Dieμϵidx=DieμϵidϵidxDi=eμϵidϵiϵi=μlog(xDi)ϵixϵix

EϵMi[maxi(δi+ϵi)]=0(δi+μlog[xDi])(1Di)exp{x}dx=1Di0(δi+μlog[xDi])exdx=δi+μDi0exdx1Di0log[x]exdx+log[Di]Di0exdx

Функція Gamma визначається як . Для значень які є натуральними цілими числами, це еквівалентно, тому . Крім того, відомо, що константа Ейлера – задовольняєΓ(t)=0xt1exdxtΓ(t)=(t1)!Γ(1)=0!=1γ0.57722

γ=0log[x]exdx.

Застосування цих фактів дає

EϵMi[maxi(δi+ϵi)]=δi+μ+γ+log[Di]Di

Потім ми підсумовуємо щоб отриматиi

E[maxi(δi+ϵi)]=iδi+μ+γ+log[Di]Di

Нагадаємо, що . Зауважте, що ймовірність вибору знайомих є , або іншими словами . Також зауважте, що . Тоді маємоDi=jeδjδi=jeδjeδiPi=eδijδjDiPi=1/DiiPi=1

E[maxi(δi+ϵi)]=iPi(δi+μ+γ+log[Di])=(μ+γ)iPi+iPiδi+iPilog[Di]=μ+γ+iPiδi+iPilog[jeδjeδi]=μ+γ+iPiδi+iPilog[jeδj]iPilog[eδi]=μ+γ+iPiδi+log[jeδj]iPiiPiδi=μ+γ+log[jexp{δj}].
QED

3
Я пов’язав те, на що я вважаю, статтю, на яку ви посилаєтесь, не переглядаючи її, щоб бути впевненим; будь ласка, виправте, якщо не так.
Дугал

@Jason Чи знаєте ви, як довести, що це таке, коли максимум залежить від того, що максимум є? Дивіться тут питання, яке не вирішено: stats.stackexchange.com/questions/260847/…
wolfsatthedoor
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.