Досяжна кореляція експоненціальних випадкових величин


12

Який діапазон досяжних кореляцій для пари експоненціально розподілених випадкових величин і , де є параметри швидкості?X 2 ∼ E x p ( λ 2 ) λ 1 , λ 2 > 0X1∼Exp(λ1)X2∼Exp(λ2)λ1,λ2>0


1
Це питання пов'язане з побічним коментарем тут .
— QuantIbex

Відповіді:


9

Нехай ρmin (відповідно. ρmax ) позначає нижню (відповідно верхню) межу досяжної кореляції між X1 і X2 . Межі ρmin і ρmax досягаються, коли X1 і X2 є відповідно контрмонотонними та комонотонічними (див. Тут ).

Нижня межа
Для визначення нижньої межі побудуємо парні контрмонотонні експоненціальні змінні та обчислимо їх кореляцію.ρmin

Згадана тут необхідна та достатня умова та інтегральне перетворення ймовірності забезпечують зручний спосіб побудови випадкових величин та таким чином, що вони є контрмонотонними. Нагадаємо, що функція експоненціального розподілу дорівнює , тому квантильна функція .X 2 F ( x ) = 1 - exp ( - λ x ) F - 1 ( q ) = - λ - 1 log ( 1 - q )X1X2
F(x)=1−exp⁡(−λx)F−1(q)=−λ−1log⁡(1−q)

Нехай - рівномірно розподілені випадкові величини, тоді також рівномірно розподілений і випадкові змінні мають експоненціальний розподіл зі швидкістю та відповідно. Крім того, вони є оскільки і , а функції і відповідно збільшуються та зменшуються.U∼U(0,1)X 1 = - λ - 1 1 журнал ( 1 - U ) ,1−Uλ 1

X1=−λ1−1log⁡(1−U),and X2=−λ2−1log⁡(U)
λ1X 1 = h 1 ( U ) X 2 = h 2 ( U ) h 1 ( x ) = - λ - 1 1 log ( 1 - x ) h 2 ( x ) = - λ - 1 1 log ( x )λ2X1=h1(U)X2=h2(U)h1(x)=−λ1−1log⁡(1−x)h2(x)=−λ1−1log⁡(x)

Тепер давайте обчислимо співвідношення та . За властивостями експоненціального розподілу маємо , , , і . Також у нас є деX 2 E ( X 1 ) = λ - 1 1X1X2E(X1)=λ1−1 v a r ( X 1 ) = λ - 2 1 v a r ( X 2 ) = λ - 2 2E(X2)=λ2−1var(X1)=λ1−2var(X2)=λ2−2

E(X1X2)=λ1−1λ2−1E{log⁡(1−U)log⁡(U)}=λ1−1λ2−1∫01log⁡(1−u)log⁡(u)fU(u)du=λ1−1λ2−1∫01log⁡(1−u)log⁡(u)du=λ1−1λ2−1(2−π26),
fU(u)≡1- функція щільності стандартного рівномірного розподілу. За останню рівність я покладався на ВольфрамАльфа .

Таким чином, Зауважте, що нижня межа не залежить від ставок та , і що кореляція ніколи не досягає , навіть коли обидві поля рівні (тобто коли ).

ρmin=corr(X1,X2)=λ1−1λ2−1(2−π2/6)−λ1−1λ2−1λ1−2λ2−2=1−π2/6≈−0.645.
λ1λ2−1λ1=λ2

Верхня межа
Для визначення верхньої межі ми дотримуємось аналогічного підходу з парою комотонічних експоненціальних змінних. Тепер нехай і де і , які обидві функції, що збільшуються. Отже, ці випадкові величини є комотонічними і обидві експоненціальні розподілені зі швидкістю та .ρmaxX1=g1(U)X2=g2(U)g1(x)=−λ1−1log⁡(1−x)g2(x)=−λ2−1log⁡(1−x)λ1λ2

У нас є і, таким чином, Як і нижня межа, верхня межа не залежить від ставок та .

E(X1X2)=λ1−1λ2−1E{log⁡(1−U)log⁡(1−U)}=λ1−1λ2−1∫01{log⁡(1−u)}2du=2λ1−1λ2−1,
ρmax=corr(X1,X2)=2λ1−1λ2−1−λ1−1λ2−1λ1−2λ2−2=1.
λ1λ2

1
Дякуємо за ваші розрахунки. Я просто хотів додати, що можна було знайти відразу, помітивши, що і одного типу: має розподіл , тобто той самий розподіл . ρmax=1X1X2Exp(λ2)X2λ1λ2X1Exp(λ2)X2
— user48713

2
(+1). Зауважимо, що верхня межа очевидна при спостереженні двох експоненціальних змінних, що відрізняються лише коефіцієнтом масштабу. Не менш очевидно, що нижня межа не може досягати коли (бо в іншому випадку буде нульовим). λ 1 ≠ λ 2−1λ1≠λ2
— whuber
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.