Орієнтовна статистика замовлень для звичайних випадкових величин


38

Чи відомі формули для статистики порядку певних випадкових розподілів? Зокрема, було б вдячно також статистика першого та останнього порядку звичайної випадкової величини, але більш загальна відповідь.

Редагувати: Для уточнення я шукаю формули наближення, які можна більш-менш явно оцінити, а не точний інтегральний вираз.

Наприклад, я бачив наступні два наближення для статистики першого порядку (тобто мінімум) нормального rv:

e1:n≥μ−n−12n−1σ

і

e1:n≈μ+Φ−1(1n+1)σ

Перший із них, при , дає приблизно що здається дико вільною межею.n=200e1:200≥μ−10σ

Другий дає тоді як швидкий Монте-Карло дає , тож це не є поганим наближенням, але і не великим, і важливіше, що я не маю інтуїції щодо того, звідки вона походить.e1:200≈μ−2.58σe1:200≈μ−2.75σ

Будь-яка допомога?


4
Якщо ви використовуєте R, перегляньте функцію точок .
— кардинал

1
@probabilityislogic дав добру інтуїцію для наближених списків. Було б корисно взагалі, якщо я дав би ще щось з альтернативної точки зору, чи ви задовольнили вашу цікавість з цього приводу?
— кардинал

Відповіді:


31

Класична посилання - Ройстон (1982) [1], який містить алгоритми, що виходять за рамки явних формул. Він також цитує добре відому формулу Блом (1958): з . Ця формула дає множник -2,73 при .α=0,375n=200,r=1E(r:n)≈μ+Φ−1(r−αn−2α+1)σα=0.375n=200,r=1

[1]: Алгоритм AS 177: Очікувана статистика звичайних замовлень (точна і приблизна) JP Royston. Журнал Королівського статистичного товариства. Серія C (Прикладна статистика) Вип. 31, № 2 (1982), стор 161-165


21

Розподіл статистики i-го порядку будь-якого безперервного випадкового змінна з PDF задається сполукою "beta-F". Інтуїтивний спосіб думати про це розподілі, щоб розглянути статистику замовлення Ith в зразку . Тепер для того, щоб значення статистики i-го порядку випадкової величини було рівним нам потрібні 3 умови:XNXx
  1. x F X ( x ) F X ( x ) = P r ( X < x )i−1 нижче , це має ймовірність для кожного спостереження, де - CDF випадкової величини X.xFX(x)FX(x)=Pr(X<x)
  2. x 1 - F X ( x )N−iЗначення вище , це ймовірністьx1−FX(x)
  3. 1 значення всередині нескінченно малого інтервалу , що містить , це має ймовірність , де є PDF випадкової величиниf X ( x ) d x f X ( x ) d x = d F X ( x ) = P r ( x < X < x + d x ) XxfX(x)dxfX(x)dx=dFX(x)=Pr(x<X<x+dx)X

Є способи зробити цей вибір, тому у нас є:(N1)(N−1i−1)

fi(xi)=N!(i−1)!(N−i)!fX(xi)[1−FX(xi)]N−i[FX(xi)]i−1dx

EDIT в своєму первісному дописі я зробив дуже погану спробу піти далі від цього пункту, і коментарі нижче відображають це. Я намагався виправити це нижче

Якщо ми візьмемо середнє значення цього pdf, отримаємо:

E(Xi)=∫−∞∞xifi(xi)dxi

І в цьому інтегралі ми робимо наступну зміну змінної (з натяком на @ henry), і інтеграл стає:pi=FX(xi)

E(Xi)=∫01FX−1(pi)Beta(pi|i,N−i+1)dpi=EBeta(pi|i,N−i+1)[FX−1(pi)]

Отже, це очікуване значення зворотного CDF, яке можна добре наблизити за допомогою методу delta, щоб отримати:

EBeta(pi|i,N−i+1)[FX−1(pi)]≈FX−1[EBeta(pi|i,N−i+1)]=FX−1[iN+1]

Для кращого наближення ми можемо розширитись до 2-го порядку (просте позначення диференціації), зазначаючи, що друга похідна оберненого:

∂2∂a2FX−1(a)=−FX″(FX−1(a))[FX′(FX−1(a))]3=−fX′(FX−1(a))[fX(FX−1(a))]3

Нехай . Тоді ми маємо:νi=FX−1[iN+1]

=νi-(i

EBeta(pi|i,N−i+1)[FX−1(pi)]≈FX−1[νi]−VarBeta(pi|i,N−i+1)[pi]2fX′(νi)[fX(νi)]3
=νi−(iN+1)(1−iN+1)2(N+2)fX′(νi)[fX(νi)]3

Тепер, спеціалізуючись на звичайному випадку, у нас FX(x)=Φ(x-μ

fX(x)=1σϕ(x−μσ)→fX′(x)=−x−μσ3ϕ(x−μσ)=−x−μσ2fX(x)
FX(x)=Φ(x−μσ)⟹FX−1(x)=μ+σΦ−1(x)

Зверніть увагу, що І очікування приблизно стає:fX(νi)=1σϕ[Φ−1(iN+1)]

Е[хi]≈мк+σΦ-1(iN+1)+(iN+1)(1-iN+1)2(N+2)σΦ-1(iN+1)[ϕ[Φ-1(iN+1)]]2

І, нарешті:

Е[хi]≈мк+σΦ-1(iN+1)[1+(iN+1)(1-iN+1)2(N+2)[ϕ[Φ-1(iN+1)]]2]

Хоча як зауважив @whuber, це не буде точно в хвостах. Насправді я думаю, що це може бути і гірше, через косисть бета-версії з різними параметрами


1
"Максимальна оцінка вірогідності випадкової величини "? Не впевнений, що це, але я думаю, що ви (майже) розрахували режим .
— кардинал

1
Щось таємниче трапляється приблизно на дві третини шляху, коли раптом з'являються та без попередження чи визначення. σмкσ
— whuber

2
Я не маю на увазі "купувати", але мені також важко бачити, як кількість у дужках можна наблизити до від'ємного числа.
— кардинал

1
@probabilityislogic, хоча на рівні обчислення ви можете сказати, що в цьому випадку ми розглядаємо двовимірну функцію і просто максимізуємо одну змінну замість іншої, я думаю, що є причини математичні, статистичні та педагогічні, щоб не називати те, що ви Ви зробили "максимальну оцінку ймовірності". Їх занадто багато, щоб перерахувати в цьому просторі, але простий, який, на мою думку, є достатньо переконливим, це те, що ми використовуємо певну, приховану лексику в статистиці не просто так. Зміна цього на примху для однієї проблеми може призвести до непорозумінь (-ів) ... / ...
— кардинал

2
@probabilityislogic (+1) для переглянутої відповіді. Одна пропозиція, можливо, краще, ніж означає "означає". Минуло кілька секунд на кілька ліній, щоб зрозуміти, що ви не пред'являєте якоїсь заяви про конвергенцію. →⇒→
— кардинал

13

Відповідь Аніко покладається на добре відому формулу Блома, яка передбачає вибір . Виявляється, ця формула сама по собі є лише наближенням точної відповіді завдяки Г. Ельфвінгу (1947), Асимптотичний розподіл ареалу в зразках з нормальної популяції , Biometrika, Vol. 34, стор 111-119. Формула Ельфвінга спрямована на мінімум і максимум вибірки, для якого правильний вибір альфа - . Формула Блом виходить, коли ми наближаємо до .α=3/8π/8π3

Використовуючи формулу Ельфвінга, а не наближення Блома, ми отримуємо множник -2,744165. Це число ближче до точної відповіді Еріка П. (-2,746) та наближення Монте-Карло (-2,75), ніж наближення Блома (-2,73), при цьому легше здійснити, ніж точна формула.


Не могли б ви надати трохи детальніше, як надходить через Elfving (1947)? Це не очевидно в статті. α=π/8
— Антоній

1
Ентоні - я покладаюся на підручник "Математична статистика", автор "Семюел Вілкс". Вілі (1962). Вправа 8.21 на с. 249 говорить: "Якщо x_ (1), x_ (n) - найменший і найбільший статистичний порядок вибірки розміру n з безперервного cdf F (x) ... випадкова величина 2n * sqrt {[F (x_ ( 1))] [1-F (x_ (n))]} має обмеження розподілу як n -> нескінченність, із середнім pi / 2 та дисперсією 4- (pi ^ 2) / 4. " (Вибачте, я не знаю код розмітки!) Для симетричного розподілу F (x_ (1)) = 1-F (x_ (n)). Таким чином, F (x_ (n)) є приблизно pi / (4n), або x_ (n) приблизно F ^ (- 1) (pi / (4n)). Формула Блом використовує наближення 3 / (4n).
— Hal M. Switkay

Це нагадує мені сумнозвісний законопроект " ", який віднесений до законодавчого органу штату Індіана. (Хоча стаття у Вікіпедії говорить про те, що популярна версія історії не є точною.)π=3
— steveo'america

7

Залежно від того, що ви хочете зробити, ця відповідь може чи не допоможе - я отримав таку точну формулу з пакету статистики Maple .

with(Statistics):
X := OrderStatistic(Normal(0, 1), 1, n):
m := Mean(X):
m;

∫-∞∞1/2_т0н!2е-1/2_т02(1/2-1/2еrf(1/2_т02))-1+н(-1+н)!πг_т0

Сам по собі це не дуже корисно (і його, ймовірно, можна отримати досить легко вручну, оскільки це мінімум з випадкових змінних), але це дозволяє швидко та дуже точно наблизити задані значення - набагато точніші, ніж Монте Карло:nнн

evalf(eval(m, n = 200));
evalf[25](eval(m, n = 200));

дає -2,746042447 і -2,746042447451154492412344 відповідно.

(Повне розкриття інформації - я підтримую цей пакет.)


1
@ProbabilityIsLogic вивів цей інтеграл для всієї статистики замовлень у першій половині своєї відповіді.
— 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.