Becslése eloszlás paramétereinek eredményei alapján megfigyeléseket egy véletlen változó
Becslése eloszlás paramétereinek eredményei alapján megfigyeléseket egy véletlen változó
Sok esetben a törvény eloszlása a megfigyelt véletlen változó ismert, hogy egy paraméter (vagy paraméter vektor). Azaz, a sűrűség eloszlását a megfigyelt véletlen változó függ egy ismeretlen paraméter, ami szükséges meghatározni (becslés) a minta. Ezt a problémát a matematikai statisztika nevezik megbecslése problémát a paramétereket a forgalmazás.
Nyilvánvaló, hogy a becsült paraméter eredményeitől függ megfigyelések :.
Tetszőleges funkció az eredmények nazyvaetsyastatistikoy észrevételeket.
A minőség értékelése jellemzi a következő alapvető tulajdonságait.
Összhang. Selejtező hívják következetes becslését a paramétert, ha konvergál növekvő közelsége, a minta térfogata (). Ez azt jelenti, hogy bárki számára.
Torzítatlanság. Az értékelés az úgynevezett torzítatlan becslése a paraméter, ha elvárás megegyezik a becsült paraméter, azaz a . Mert paraméterbecslési is nyújt némi tárgyilagos becsléseket. Az intézkedés pontosság tartják torzítatlan becslését szórásának.
Hatékonyságát. Torzítatlan becslése olyan paraméter, amely a variancia eléri a legkisebb értéket nevezzük eredményes értékelése.
Aszimptotikusan torzítatlan becslés az úgynevezett hatékony, ha a legkisebb szórást a korlát elérésekor növekvő minta nagyságát.
Tekintsük a paraméter becslési probléma abból a szempontból statisztikai döntés elmélet.
Jelöljük - becslés az ismeretlen paraméter. Nyilvánvalóan is tartozik. Becsült eltér a valódi paraméter értékét. Bemutatjuk az intézkedés a különbség a becsült és a valós érték egy paraméter: - értékek a valós tengelyen. A minimális ez a funkció lesz, vagyis amikor az ítélet egybeesik a valós paraméter értékét. Így. A statisztikai döntés elmélet, ez a funkció az úgynevezett veszteség funkció vagy költség függvény, vagy a kockázat függvényében. Minél nagyobb a valódi érték eltér az értékelő, annál nagyobb a különbség a kettő között, és ezért meg kell nagyobb veszteségeket.
Egyértelmű, hogy a kívánatos válassza ezt az értékelést az eredmények értékelése a megfigyelések, melyek lenne a különbség a valódi paraméter értéke a minimum. Azaz, az értékelést meg minimalizálják a költség függvényt.
De a megfigyelések a végrehajtás egy vektor véletlen változó, ezért értékelést is valószínűségi változó. Továbbá becsült paraméter önmagában is lehet kezelni, mint egy véletlenszerű változó.
Így elvesztése a funkció függ a véletlen változók maga is véletlen változó.
Egy matematikai szempontból téves megállapítása szélsőséges érték egy véletlen változó, úgyhogy a feladat megtalálni a kötött, amely minimalizálja a költség függvény nem lehetséges.
Tudod, hogy a feladatot kapok az értékelés, amely egy nagy tesztsorozatot adna a legalacsonyabb veszteség átlagosan, azaz átlagosan legkevésbé különbözik a valódi paraméter értékét.
Ez a megközelítés vezet probléma minimalizálása a várható veszteség függvény (vagy kockázat funkció).
A becslés kapott ennek a kritériumnak nevezzük becsült átlagos kockázati minimalizálható.
szükség van, hogy ilyen értékelést tudni, hogy a törvény eloszlása mintavétel véletlen változók akár a becsült paraméter, és a törvény eloszlása a becsült paraméter.
Az átlagos kockázati, mint a várakozás egy funkciót, a kockázat a következő:
Itt - a közös valószínűségi sűrűsége mintavétel véletlen változók és a becsült paraméter.
Mivel - a szokásos függvény, melynek értékei a számegyenesen, akkor meg a feladat megtalálni a kötött, amely minimalizálja ezt a funkciót:
Itt feltételezzük, hogy a közös sűrűségfüggvény felírható szempontjából a feltételes és feltétlen sűrűségű kétféleképpen.
Megjegyzendő, hogy a probléma hogy minimalizáljuk az átlagos kockázat csökkenthető a probléma minimalizálása feltételes kockázat:
Írunk az integrandus (9) az alábbiak szerint:
Mivel - negatív függvénye, a minimális átlagos kockázat érhető el abban az esetben, minden egyes értékére a belső integrál minimalizálható. Így a becslés talált megoldása az alábbi extremális problémát:
Értékelés kapott az úgynevezett Bayes-becslés.
Úgy véljük, a becslési probléma egy bizonyos veszteség funkció (kockázat).
Másodfokú veszteségfüggvény
Abban az esetben egyetlen paraméter becslés.
Az optimális becslés egy megoldás a következő extremális problémát:
Az első tag független és nincs hatással a döntést, és az utolsó integrál egyenlő eggyel.
Könnyen belátható, hogy a minimalizált függvény polinom másodfokú, amely legalább egy, és elérte azt a pontot:
Ez integrál a feltételes várható a becsült paraméter.
Így a legjobb becsült paraméter kritériuma szerint minimális átlagos kockázatot a kvadratikus függvény a feltételes várható a becsült paraméter.
Let - szelektív véletlen vektort, amelynek elemei független azonos eloszlású szerint Gauss törvény :.
Méretek értékelendő az a várakozás, hogy viszont egy valószínűségi változó szerint szét kell Gauss törvény:
Keresse meg a legjobb becslés paraméter kritériuma szerint minimális átlagos kockázatot a kvadratikus függvény.
Mivel az optimális becslés ebben az esetben a feltételes várható egy véletlenszerű változó, azzal a megkötéssel, hogy a szelektív vektor, megtalálják a feltételes sűrűsége véletlen változó eloszlását.
Behelyettesítve sűrűség eloszlását a probléma feltételek, megkapjuk:
megjegyezzük, hogy a számítás az integrál.
Ezért, ha a kitevő vezetnek a teljes tér és kihasználják ezeket a tulajdonságokat, az eredmény az integráció kapjuk:
Feltételes sűrűségfüggvény formájában:
Mint látható, a sűrűség eloszlását Gauss véletlen változó átlag és szórás.
Így az optimális becslés a paraméter a következő formában:
Megjegyezzük, hogy az értékelés az összege a minta tömegének átlaga és a priori matematikai elvárás a becsült paraméter. A súlyok összegét jelenti a minta azt jelenti, és a priori elvárás egyenlő egy ().
Ha az a priori becslés varianciája kicsi, akkor a becslés főként bárhol a priori elvárás. Az ebben az esetben nem informatív. Fordítva, amikor egy nagy diszperziót priori becslést döntően a megfigyelt adatok (köré a minta átlag).
Egyszerű veszteségfüggvény
Legyen a becslése egy paraméter veszteség függvény formájában (ábra. 18). Ez a veszteség az úgynevezett egyszerű funkciót.
Akkor a legjobb becslés alapján kell meghatározni a megoldás a következő extremális problémát:
Vegye figyelembe, hogy a kis értékei az integrál értékek írott formában (ábra. 19):
Ezért az optimális becsült paraméter határozza mint a megoldást a következő problémára extrém:
Megjegyezzük, hogy a funkció az úgynevezett posteriori eloszlási sűrűsége paraméterbecslést azonban által meghatározott expressziós (10) egy kritérium becslésére maximum a posteriori valószínűségi sűrűség.
Úgy vélik, hogy ezért megbecsülni maximum a posteriori valószínűség-sűrűség is írható:
Itt - ez az úgynevezett likelihood függvény. és - a priori valószínűség sűrűség becsült paraméter.
Meg kell jegyezni, hogy az értékelés a maximum a posteriori valószínűség sűrűség megtalálható keresi a maximális bármely monoton növekvő függvénye a posteriori valószínűség-sűrűség. Nagyon gyakran függvényében természetes logaritmusának:
Tekintsük a korábbi példában egy keresési paraméterbecsléseit a forgalmazás. Mint egy optimalizálási feltétel vesszük a kritérium maximum a posteriori valószínűség-sűrűség.
Utólagos sűrűség ebben az esetben már talált. Ez egy Gauss elvárás. Maximum ilyen sűrűsége annak matematikai elvárás. Következésképpen a legjobb becslés az kritérium maximum a posteriori valószínűség-sűrűség és a közepes kockázati kritériumok legalább másodfokú veszteség funkció ebben az esetben egybeesik.
Tehát azokban az esetekben, ahol a várakozás az a pont, maximum a posteriori valószínűségi sűrűsége átlagos kockázati értékelési kritériumok alapján a kvadratikus elvesztése funkció és a maximum a posteriori valószínűségi sűrűség. Egyébként kiderül különböző algoritmusok becsléseket.
Megjegyezzük, hogy a választás a veszteség funkció nem egy matematikai probléma, feladat statisztikája, amely egy matematikai modellt a jelenség, kapcsolódó feldolgozás a megfigyelt adatokat.
Maximum likelihood becslés
Figyelembe véve a kritérium maximum a posteriori valószínűség-sűrűség (11), vegye figyelembe, hogy ha a környéken a legnagyobb sűrűségű paraméter becsült eleve sűrűsége gyakorlatilag állandó (független) a legjobb becslés nyerhető:
A legjobb becslés a keresési kifejezés önálló jelentőséggel matematikai statisztika és az úgynevezett maximális valószínűség kritériumot.
Ez a kritérium akkor használható, ha lehetetlen, hogy fontolja meg a becsült paraméter egy véletlen érték, amelyre szükség van a kritérium közepes mértékben és maximum a posteriori valószínűség-sűrűség.
Általában írunk a valószínűsége funkció nem feltételes sűrűség, amely érvényes, ha a becsült paraméter egy valószínűségi változó, és paraméteres formában.
Egyszerűsítése érdekében a számításokat beszerzése jár maximum likelihood becslés lehet bármilyen monoton növekvő függvénye a valószínűségét funkciót. Gyakran használják a természetes logaritmus.
Amikor végez néhány meglehetősen általános, a legnagyobb valószínűség becslés feltételek következetes. aszimptotikusan hatékony és aszimptotikusan normális eloszlású. Ez azt jelenti, hogy
Ha van egy hatékony paraméterbecslést, a maximum likelihood módszert ad pontosan ezt az értékelést.
Példaként találjuk a legnagyobb valószínűség becslés a várható szelektív Gauss vektor, amely beszéltünk az előző részekben.
Kapcsolódó dokumentumok:
Az alapvető oktatási program