Чи є сума і добуток двох матриць коваріації також матрицею коваріації?


12

Припустимо , у мене є ковариационной матриці X і Y . Які з цих варіантів є також коваріаційними матрицями?

  1. X+Y
  2. X2
  3. XY

У мене є проблеми з розумінням того, що саме потрібно, щоб щось було коваріаційною матрицею. Я припускаю, що мається на увазі, що, наприклад, якщо X=cov⁡(X1,X2) і Y=ков⁡(Y1,Y2) що для 1, щоб це було правдою, у нас повинен бути цей ков⁡(Х1,Х2)+ков⁡(Y1,Y2)=ков⁡(Z1,Z2) , деZ1 іZ2 - деякі інші випадкові величини. Однак я не можу зрозуміти, чому це справедливо для будь-якого з трьох варіантів. Будь-яке розуміння буде підтверджено.

Відповіді:


12

Фон

Коваріаційна матриця для вектора випадкових змінних X = ( X 1 , X 2 , ... , X n ) ' являє собою процедуру обчислення дисперсії будь-якої лінійної комбінації цих випадкових величин. Правило полягає в тому, що для будь-якого вектора коефіцієнтів λ = ( λ 1 , … , λ n ) ,АХ=(Х1,Х2,…,Хн)'λ=(λ1,…,λн)

(1)Вар⁡(λХ)=λАλ'.

Іншими словами, правила множення матриць описують правила дисперсій.

Дві властивості є безпосередніми і очевидними:А

  1. Оскільки відхилення - це очікування квадратних значень, вони ніколи не можуть бути негативними. Таким чином, для всіх векторів , 0 ≤ Var ( λ X ) = λ A λ ′ . Матриці коваріації повинні бути невід'ємними-визначеними.λ

    0≤Вар⁡(λХ)=λАλ'.
  2. Варіанти - це просто числа - або, якщо ви читаєте матричні формули буквально, це матриці . Таким чином, вони не змінюються, коли ви їх переводите. Транспонування ( 1 ) дає λ A λ ′ = Var ( λ X ) = Var ( λ X ) ′ = ( λ A λ ′ ) ′ = λ A ′ λ ′ . Оскільки це справедливо для всіх λ , A1×1(1)

    λАλ'=Вар⁡(λХ)=Вар⁡(λХ)'=(λАλ')'=λА'λ'.
    λАповинна дорівнювати його транспозиції : матриці коваріації повинні бути симетричними.А'

Більш глибокий результат полягає в тому, що будь-яка невід'ємно-визначена симетрична матриця є матрицею коваріації. А Це означає, що насправді існує деяка векторна значення випадкової величини з A як її коваріації. Ми можемо продемонструвати це шляхом явного побудови X . Один із способів - помітити, що функція (багатоваріантної) щільності f ( x 1 , … , x n ) з журналом властивостей ( f ) ∝ - 1ХАХf(х1,…,хн)

журнал⁡(f)∝-12(х1,…,хн)А-1(х1,…,хн)'
АА

Рішення

ХY

  1. Сума.

    • (Х+Y)'=Х'+Y'=(Х+Y)
    • λ
      λ(Х+Y)λ'=λХλ'+λYλ'≥0+0=0
  2. Я залишаю це як вправу.

  3. 2×2

    (абба)
    а2≥б2а≥0ХY
    Х=(а-1-1а)
    а≥1Y
    Y=(б001)
    б≥0-11

    ХYаб


13

Справжня матриця - це матриця коваріації тоді і лише тоді, коли вона є симетричною позитивною напіввизначеністю.

Підказки:

ХYХ+YzТХz≥0zzТYz≥0zzТ(Х+Y)z

ХХ2ХХ2

ХYХY

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.