Jaki jest rozkład proporcji odstępu i próbki?


10

Niech będą próbką iid wykładniczych zmiennych losowych ze średnią , i niech będą statystykami porządkowymi z tej próbki. Niech .X1,…,XnβX(1),…,X(n)X¯=1n∑i=1nXi

Zdefiniuj odstępyMożna wykazać, że każdy jest również wykładniczy, ze średnią .W i β i = β

Wi=X(i+1)−X(i) ∀ 1≤i≤n−1.
Wiβi=βn−i

Pytanie: Jak bym poszedł o znalezieniu , gdzie jest znane i nieujemne?P(WiX¯>t)t

Próba: Wiem, że jest to równe . Użyłem więc zasady całkowitego prawdopodobieństwa: 1−FWi(tX¯)

P(Wi>tX¯)=1−FWi(tX¯)=1−∫0∞FWi(ts)fX¯(s)ds,

co zamienia się w bałagan, ale myślę, że całka możliwa do przełożenia.

Czy jestem na dobrej drodze? Czy jest to prawidłowe zastosowanie prawa całkowitego prawdopodobieństwa?

Innym podejściem może być spojrzenie na rozkład różnic:

P(Wi−tX¯>0)

Lub nawet rozbić sumy:

P(Wi−tX¯>0)=P((X(i+1)−X(i))+tn(X(1)+⋯+X(n)))

Rozwiązanie przypadku wykładniczego byłoby świetne, ale jeszcze lepsze byłyby jakieś ogólne ograniczenia w rozkładzie. A przynajmniej chwile, które wystarczyłyby, by dać mi nierówności Czebyszewa i Markowa.


Aktualizacja: oto całka z pierwszej metody:

1−∫0∞(1−exp⁡(−tsβi))(1Γ(n)βnsn−1exp⁡(−βs))ds1−∫0∞(1−exp⁡(−(n−i)tsβ))(1Γ(n)βnsn−1exp⁡(−βs))ds

Bawię się nim od jakiegoś czasu i nie jestem pewien, dokąd z tym pójść.


1
Całka, którą otrzymasz, wydaje się stosunkowo prosta po rozpowszechnieniu nawiasów. Po zmianie zmiennych wygląda na to, że dostaniesz kilka funkcji gamma.
— Alex R.

@AlexR rzeczywiście tak jest, ale po przejściu do połowy zacząłem podejrzewać, że nie będzie on ograniczony między 0 a 1. Bardziej szukam potwierdzenia, że ​​poprawnie skonfigurowałem problem. Jeśli utknę z samą całką, zapytam na Math.SE
— shadowtalker

Odpowiedzi:


6

Trudność, którą tu masz, polega na tym, że masz zdarzenie związane z niezależnymi zmiennymi losowymi. Problem można uprościć i rozwiązać, manipulując zdarzeniem, aby porównać niezależne przyrosty. Aby to zrobić, najpierw zauważamy, że dla każdą statystykę zamówienia można zapisać jako:X1,...,XN∼IID Exp(β)

X(k)=β∑i=1kZin−i+1,

gdzie (patrz np. Renyi 1953, David i Nagaraja 2003). To pozwala nam pisać i możemy zapisać średnią próbną jako:Z1,Z2,...,Zn∼IID Exp(1)Wk=βZk+1/(n−k)

X¯≡βn∑k=1nX(k)=βn∑k=1n∑i=1kZin−i+1=βn∑i=1n∑k=inZin−i+1=βn∑i=1nZi.

Aby ułatwić naszą analizę, określamy ilość:

a≡t(n−k)n−t(n−k).

Dla mamy wówczas:a>0

P(Wk⩾tX¯)=P(Zk+1n−k⩾tn∑i=1nZi)=P(nn−k⋅Zk+1⩾t∑i=1kZi)=P((nn−k−t)Zk+1⩾t∑i≠kZi)=P((nn−k−t)Z⩾tG)=P(Z⩾aG),

gdzie i są niezależnymi zmiennymi losowymi. W trywialnym przypadku, w którym mamy . W przypadku nietrywialnym, w którym mamy , a prawdopodobieństwo zainteresowania wynosi:Z∼Exp(1)G∼Ga(n−1,1)t⩾n/(n−k)P(Wk⩾tX¯)=0t<n/(n−k)a>0

P(Wk⩾tX¯)=∫0∞Ga(g|n−1,1)∫ag∞Exp(z|1)dzdg=∫0∞1Γ(n−1)gn−2exp⁡(−g)∫ag∞exp⁡(−z)dzdg=∫0∞1Γ(n−1)gn−2exp⁡(−g)(1−exp⁡(ag))dg=∫0∞1Γ(n−1)gn−2exp⁡(−g)dg−∫0∞1Γ(n−1)gn−2exp⁡(−(a+1)g)dg=1−(a+1)−(n−1)=1−(1−n−kn⋅t)n−1.

Ta odpowiedź jest intuicyjnie uzasadniona. Prawdopodobieństwo to ściśle maleje , z prawdopodobieństwem jednostkowym, gdy i zerowym prawdopodobieństwem, gdy .t = 0 t = ntt=0t=nn−k

Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.