Яка найбільша з групи нормально розподілених випадкових змінних?


14

У мене є випадкові змінні . має нормальний розподіл із середнім та дисперсією . У RVS нормально розподілені із середнім і дисперсією . Все взаємно незалежне.X 0 μ > 0 1 X 1 , , X n 0 1X0,X1,,XnX0μ>01X1,,Xn01

Нехай позначає подію, що є найбільшою з них, тобто . Я хочу обчислити або оцінити \ Pr [E] . Я шукаю вираз для \ Pr [E] , як функції \ mu, n , або розумної оцінки чи наближення для \ Pr [E] .EX0X0>max(X1,,Xn)Pr[E]Pr[E]μ,nPr[E]

У моєму додатку n є фіксованим ( n=61 ), і я хочу знайти найменше значення для μ яке становить Pr[E]0.99 , але мені цікаво і загальне питання.


Наскільки великий n ? Повинно бути кілька хороших асимптотичних виразів, заснованих на теорії великого зразка.
whuber

@whuber, дякую! Я відредагував питання: у моєму випадку n=61 . Навіть якщо n=61 недостатньо великий, щоб вважати великим, якщо є хороші асимптотичні оцінки у випадку, коли n великий, це було б цікаво.
DW

5
Використовуючи числову інтеграцію, . μ4.91912496
whuber

Відповіді:


14

Обчислення таких ймовірностей широко вивчено інженерами зв'язку під назвою ортогональна сигналізація де модель полягає в тому, що один з однаково ймовірних ортогональних сигналів передається однаково, і приймач намагається визначити, який з них переданий, досліджуючи Виходи фільтрів відповідають сигналам. Залежно від ідентичності переданого сигналу, вибіркові виходи відповідних фільтрів є (умовно) незалежними відхиленнями одиничних нормальних випадкових величин. Вибірна вибірка фільтра, відповідна переданому сигналу, є випадковою величиною, тоді як виходи всіх інших фільтрів -MMMN(μ,1)N(0,1) випадкові змінні.

Умовна ймовірність правильного рішення (яке в даному контексті є подія ) обумовлено є де - кумулятивний розподіл ймовірності стандарту нормальна випадкова величина, а значить, безумовна ймовірність - деC={X0>maxiXi}X0=α

P(CX0=α)=i=1nP{Xi<αX0=α}=[Φ(α)]n
Φ()
P(C)=P(CX0=α)ϕ(αμ)dα=[Φ(α)]nϕ(αμ)dα
ϕ()є стандартною функцією нормальної щільності. Немає виразу закритої форми для значення цього інтеграла, яке слід оцінювати чисельно. Інженери також зацікавлені в доповнюючій події - що рішення приймається помилково - але не люблять обчислювати це як оскільки це вимагає дуже ретельного оцінювання інтеграла для з точністю до багатьох значущих цифр, і така оцінка є важкою і трудомісткою. Натомість інтеграл для можна інтегрувати частинами, щоб отримати
P{X0<maxiXi}=P(E)=1P(C)
P(C)1P(C)
P{X0<maxiXi}=n[Φ(α)]n1ϕ(α)Φ(αμ)dα.
Цей інтеграл простіше оцінити чисельно, і його значення як функції відображено та відображено у таблиці (хоча, на жаль, лише для ) у главі 5 інженерії телекомунікаційних систем Ліндсі та Саймона, Prentice-Hall 1973, Dover Натисніть 1991. Як інженер, інженери використовують нерівність, пов'язану з об'єднанням, або нерівність Бонферроні де - додаткова функція нормального кумулятивного розподілу.μn20
P{X0<maxiXi}=P{(X0<X1)(X0<X2)(X0<Xn)}i=1nP{X0<Xi}=nQ(μ2)
Q(x)=1Φ(x)

Із зв'язаного об'єднання ми бачимо, що бажане значення для обмежене вище на яке пов'язане має значення при . Це трохи більше, ніж більш точне значення отримане @whuber шляхом числової інтеграції.0.01P{X0<maxiXi}60Q(μ/2)0.01μ=5.09μ=4.919

Більш детальну дискусію та деталі щодо ортогональної сигналізації можна знайти на стор. 161-179 моїх лекційних записок для заняття із систем зв'язку "M


4

Офіційна відповідь:

Розподіл (щільність) ймовірності для максимум становить: де - щільність ймовірності, а - накопичувальна функція розподілу .NpN(x)=Np(x)ΦN1(x)pΦ

З цього ви можете обчислити ймовірність того, що більший за інші через X0N1P(E)=(N1)yp(x0)p(y)ΦN2(y)dx0dy

Можливо, вам доведеться розглянути різні наближення, щоб простежити це з урахуванням конкретної програми.


6
+1 Власне, подвійний інтеграл спрощується в єдиний інтеграл, оскільки даючи , те саме, що в моїй відповіді.
yp(x0)dx0=1Φ(yμ)
P(E)=1(N1)ΦN2(y)p(y)Φ(yμ)dy
Діліп Сарват
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.