W skrócie: jest symetryczny, gdy X i 2 a - X mają taki sam rozkład dla pewnej liczby rzeczywistej a . XX2a−Xa Ale osiągnięcie tego w pełni uzasadniony sposób wymaga pewnej dygresji i uogólnień, ponieważ rodzi wiele ukrytych pytań: dlaczego ta definicja „symetrycznej”? Czy mogą istnieć inne rodzaje symetrii? Jaki jest związek między rozkładem i jego symetriami, i odwrotnie, jaki jest związek między „symetrią” a tymi rozkładami, które mogą mieć tę symetrię?
Omawiane symetrie są odzwierciedleniem rzeczywistej linii. Wszystkie są w formie
x→2a−x
dla niektórych stałych .a
Załóżmy, że ma tę symetrię dla co najmniej jednego a . Zatem symetria implikujeXa
Pr[X≥a]=Pr[2a−X≥a]=Pr[X≤a]
pokazując, że jest mediana z . Podobnie, jeśli ma oczekiwanie, to natychmiast wynika, że . Tak więc zazwyczaj można zmusić łatwo. Nawet jeśli nie, (a zatem sama symetria) jest nadal jednoznacznie określona (jeśli w ogóle istnieje).X X a = E [ X ] a aaXXa=E[X]aa
Aby to zobaczyć, niech będzie dowolnym środkiem symetrii. Następnie stosując obie symetrie, widzimy, że jest niezmienny pod tłumaczeniem . Jeśli , rozkład musi mieć okres , co jest niemożliwe, ponieważ całkowite prawdopodobieństwo rozkładu okresowego wynosi lub nieskończoność. Zatem , pokazując, że jest unikalny.X x → x + 2 ( b - a ) b - a ≠ 0 X b - a 0 b - a = 0 abX x→x+2(b−a)b−a≠0Xb−a0b−a=0a
Mówiąc bardziej ogólnie, gdy jest grupą działającą wiernie na linii rzeczywistej (a przez to na wszystkich jej podzbiorach Borela), możemy powiedzieć, że rozkład jest „symetryczny” (w odniesieniu do ), gdyX GGXG
Pr[X∈E]=Pr[X∈Eg]
dla wszystkich mierzalnych zbiorów i elementów , gdzie oznacza obraz pod działaniem .g ∈ G E g E gEg∈GEgEg
Na przykład, niech nadal będzie grupą rzędu , ale teraz niech jej działanie będzie polegać na przyjmowaniu odwrotności liczby rzeczywistej (i niech naprawi ). Standardowy rozkład logarytmiczno- normalny jest symetryczny w odniesieniu do tej grupy. Ten przykład może być rozumiany jako przykład symetrii odbicia, w której miała miejsce nieliniowa reekspresja współrzędnych. Sugeruje to skupienie się na transformacjach, które szanują „strukturę” linii rzeczywistej. Struktura istotna dla prawdopodobieństwa musi być związana ze zbiorami Borela i miarą Lebesgue'a, które można zdefiniować w kategoriach (euklidesowej) odległości między dwoma punktami.2 0G20
Mapa zachowująca odległość jest z definicji izometrią. Jest dobrze znane (i łatwe, choć nieco zaangażowane, aby wykazać), że wszystkie izometria linii rzeczywistej są generowane przez odbicia. Skąd, gdy zrozumiemy, że „symetryczny” oznacza symetryczny w odniesieniu do pewnej grupy izometrii , grupa musi zostać wygenerowana przez co najwyżej jedno odbicie, a widzieliśmy, że odbicie jest jednoznacznie określone przez dowolny rozkład symetryczny w stosunku do niego. W tym sensie powyższa analiza jest wyczerpująca i uzasadnia zwykłą terminologię „symetrycznych” rozkładów.
Nawiasem mówiąc, istnieje wiele wielowymiarowych przykładów rozkładów niezmiennych w grupach izometrii, biorąc pod uwagę rozkłady „sferyczne”. Są niezmienne we wszystkich obrotach (względem niektórych stałych środków). Uogólniają one jednowymiarowy przypadek: „obroty” linii rzeczywistej są tylko odbiciami.
Na koniec warto zauważyć, że standardowa konstrukcja - uśredniająca dla grupy - daje sposób na wytworzenie obciążeń rozkładów symetrycznych. W przypadku linii rzeczywistej, niech będzie generowane przez odbicie wokół punktu , tak aby zawierało element tożsamości i to odbicie, . Niech będzie dowolną dystrybucją. Zdefiniuj rozkład , ustawiająca e g X YGaegXY
PrY[E]=1|G|∑g∈GPrX[Eg]=(PrX[E]+PrX[Eg])/2
dla wszystkich borelowskie . Jest to oczywiście symetryczne i łatwo sprawdzić, czy pozostaje rozkładem (wszystkie prawdopodobieństwa pozostają nieujemne, a całkowite prawdopodobieństwo wynosi ).1E1
Ilustrujący proces uśredniania grupowego, PDF symetrycznego rozkładu gamma (wyśrodkowany naa=2 ) jest pokazany w kolorze złotym. Oryginalna gamma jest niebieska, a jej odbicie jest czerwone.